Способы управления технологическими объектами

Любое управление строится на основе информации о состоянии объекта управления и сопоставления информации с целью управления и формирования по результатам этого сопоставления соответствующего управляющего воздействия. Все эти задачи решаются управляющим устройством, в качестве которого в системах управления все чаще используются средства вычислительной техники (СВТ). К ним относятся микропроцессоры, микроконтроллеры и персональные компьютеры.

Использование средств вычислительной техники в управлении технологическими процессами дает возможность:

· компенсировать программным путем недостатки датчиков (нелинейность характеристики, наличие зоны нечувствительности и сдвига нуля);

· вычислять значение выходных управляющих параметров технологического процесса по математической модели при отсутствии необходимых датчиков;

· рассчитывать в автоматическом режиме оптимальную структуру и параметры отладки цифровых регуляторов при изменении динамических параметров объекта управления;

· реализовывать совершенные алгоритмы управления, которые могут перестраиваться программным путем при изменении динамики объекта, технологии производства, ситуации в ходе технологического процесса;

· учитывать при управлении не только текущее состояние объекта, но и его предысторию.

Управление технологическими объектами с использованием СВТ можно осуществлять тремя способами:

· управление в режиме советника;

· супервизорное управление;

· непосредственное цифровое управление.

На рис. 1.6 приведена схема системы управления с использованием СВТ в режиме советника.

Рисунок 1.6 – Режим советника

Информация о состоянии объекта управления снимается с датчиков, обрабатывается и в удобной форме предоставляется оператору (О). Характерная особенность такого режима - формирование влияния на объект управления оператором через исполнительные органы системы.

В режиме супервизорного управления выполняется автоматическая коррекция установок локальных регуляторов с помощью постоянного подключения выводов управляющего устройства через устройство связи с объектом до установок локальных аналоговых регуляторов. В этом случае СВТ работают в замкнутом контуре второго уровня управления и используются для решения задач статической оптимизации технологических объектов управления.

При непосредственном цифровом управлении предполагается выполнение следующих операций:

· определение в СВТ ошибки несогласования между задающим воздействием и полученным значением;

· опрос датчиков в дискретные моменты времени, превращение информации в цифровой код и введение в запоминающее устройство средств вычислительной техники;

· формирование управляющего воздействия с помощью алгоритма управления;

· преобразование цифрового сигнала в аналоговый управляющий и выдача его на исполнительный механизм (орган).

Схема системы управления в режиме непосредственного цифрового управления(НЦУ) представлена на рис. 1.7.

Рисунок 1.7 – Режим НЦУ

Информационная связь между системой управления и ОУ осуществляется с помощью датчиков и исполнительных органов. Отличительной особенностью работы СВТ в режиме непосредственного цифрового управления является наличие предельно допустимой задержки между моментами введения информации, обработки и выдачи управляющего воздействия.

При реализации контуров НЦУ применяются синхронный и асинхронный принципы связи управляющих СВТ с объектом. При синхронном обмене процесс управления разбивается тактовыми импульсами на такты, за это время осуществляются снятие данных с ОУ, их обработка и выдача управляющего воздействия. При асинхронном обмене в СВТ поступают импульсы от датчиков прерывания, при этом на некоторое время прерывается выполнение основной программы, запоминается промежуточная информация и выполняется подпрограмма по сигналу прерывания. После этого осуществляется возвращение к прерванной программе.

Таким образом, необходимо решать такие задачи:

1. Анализ ОУ и разработка математической модели.

2. Определение структуры системы управления.

3. Проектирование алгоритма управления.

4. Выбор оптимального периода опроса датчиков и выдачи управляющего воздействия.

5. Выбор типа СВТ и разработка системы для реализации заданных алгоритмов, включая выполнение требований к устройствам связи с объектом.

6. Реализация программного обеспечения.

Структура типичного контура НЦУ, который реализуется на базе СВТ, представлена на рис. 1.8. СВТ выполняют функции задающего, сравнивающего и управляющего устройств.

Рисунок 1.8 – Структурная схема контура НЦУ

Рисунок 1.9 – Формирование управляющего воздей- ствия  

Исходная регулируемая величина y(t) в дискретные моменты времени поступает через коммутатор на аналого-цифровой преобразователь. С помощью коммутатора аналоговых сигналов осуществляется квантование непрерывного сигнала с периодом квантования Т₀, в результате чего координата y(t) превращается в решетчатую функцию y [nТ₀]. На каждом периоде квантования в сравнивающем устройстве определяется ошибка регулирования:

e [n₀]=G[n₀]-y[n₀], (1.1)

где G[n₀] - влияние, которое задается цифровым регулятором.

Вычислительное устройство (ВУ) на основании алгоритма НЦУ формирует управляющее воздействие u[n₀] в виде цифрового кода, который через коммутатор в каждый период квантования подключается ко входу цифро-аналогового преобразователя. С помощью ЦАП осуществляется преобразование последовательности значений u[n₀] в непрерывный сигнал u(t), который остается постоянным на протяжении следующего периода квантования nT₀ до появления следующего члена последовательности u[(n+1)T₀] (рис. 1.9).

СВТ в мультипрограммном режиме обслуживают поочередно каждый контур НЦУ, определяют управляющее воздействие U_i(n₀), где i = 1,2,…, Р - номер цифрового регулятора. С помощью регистров цифро-аналоговых преобразователей выполняется запоминание управляющего воздействия в каждом контуре НЦУ за весь период квантования T_0i. Вычислительное устройство, с помощью которого реализуется цифровой регулятор, работает в реальном масштабе времени. Коммутатор выполняет функции импульсного модулятора, прохождение сигнала через который связано с потерей части информации, которая находится в нем, так как в промежутках между импульсами U(n₀) характер изменения управляющего воздействия U остается неизвестным.

Задача оптимального выбора периода квантования относится к одной из основных проблем оптимального расходования машинного времени, затраченного на каждый контур НЦУ. При уменьшении Т₀ увеличиваются точность регулирования и загрузка СВТ, но неэкономно тратится машинное время. При большом Т₀ ухудшается качество регулирования системы, поэтому возникает проблема поиска компромиссного решения, которое удовлетворяет необходимым требованиям.

Таким образом, выбор Т₀ сводится к нахождению зависимости точности управления от величины периода квантования управляющего воздействия u[n₀] и управляющей переменной y[n₀].

Дата добавления: 2015-07-08