Читайте также:
|
|
Обеспечить нормальный ход технологических и производственных процессов возможно, если величины, характеризующие эти процессы, удовлетворяют соответствующим требованиям.
Необходимость стабилизации параметров или изменения их в соответствии с каким-либо законом возникает в самых разнообразных отраслях техники. Так, в сушильных камерах должны поддерживаться постоянными температура и влажность; стабилизация скорости подачи в деревообрабатывающих станках; давление в системах гидропрессов должно изменяться по заданному закону при прессовании плит и т. д.
Сами объекты, в которых протекают процессы, не могут устранить отклонение режима от заданного, вызываемое различными причинами. Поэтому объекты снабжают управляющими или регулирующими органами, воздействуя на которые можно изменять режим работы и управлять процессом.
Создание условий, обеспечивающих требуемое протекание процесса, называется управлением. Управление может быть ручным или автоматическим. При ручном управлении на управляющий орган воздействует человек, наблюдающий за ходом процесса и его отклонениями. При автоматическом управлении на управляющий орган воздействует специальное автоматическое устройство без участия человека.
Объект, в котором осуществляют управление, называется управляемым. Величины, характеризующие процесс в объекте, которые необходимо стабилизировать или изменять по заданному закону, — управляемые величины (параметры).
Объекты, способные восстанавливать прежнее состояние после устранения причин, вызвавших изменение этого состояния, считают устойчивыми. Эти объекты принципиально могут работать без автоматических регуляторов (электродвигатель по отношению к скорости ).
Если установившееся значение состояния объекта зависит от момента прекращения действия возмущения, объект можно назвать нейтральным (электродвигатель по отношению к углу поворота вала 0). Для данных объектов необходим регулятор для восстановления режима.
К неустойчивым объектам относят объекты, в которых регулируемый параметр после устранения возмущений стремится к установившемуся значению.
Процесс перехода системы из одного устойчивого состояния в другое устойчивое состояние называется переходным процессом.
Управляемый объект вместе с присоединенным к нему управляющим устройством образуют автоматическую систему (рис. 1).
Автоматические системы подразделяют на две группы: системы автоматического управления — обеспечивают изменение по какому-либо закону управления, который они воспроизводят с наибольшей точностью без непосредственного
участия человека, с помощью специальных автоматических
Рис. 1. Автоматическая система управления
устройств; системы автоматического регулирования — обеспечивают поддержание заданного значения параметра без непосредственного участия человека, с помощью автоматических устройств.
Воздействием в автоматике называют факторы, влияющие на состояние управляемого объекта или системы. Воздействия могут быть управляющими U (u1, u2, …, uk) или возмущающими Z (z1 z2,..., zl).
Входные сигналы X (х1, х2,..., хп) — это возмущающие и регулирующие (управляющие) воздействия. Выходные сигналы Y (у1, у2,..., ут) — управляемые параметры, изменение которых является следствием воздействия входных сигналов.
Объекты и системы, в которых влияние случайных возмущающих параметров велико, называют стохастическими. Объекты и системы, в которых параметры состояния однозначно определены заданием входных и управляющих воздействий, называют д е -терминированными.
Различают объект или систему с сосредоточенными и распределенными параметрами. В первом случае изменение параметров, характеризующих состояние, происходит только во времени (например, частота вращения вала двигателя); во втором—во времени и пространстве, т. е. эти параметры могут являться функциями пространственных координат объекта (например, температура по длине сушильного барабана).
Автоматические системы отличаются друг от друга объектами управления, физической природой управляемых величин, конструкциями элементов управляющих устройств, решаемыми задачами,
характером воздействия между объектом и управляющим устройством.
Классификация автоматических систем, приведенная ниже, основана на признаках, имеющих практическое значение.
1. Характер алгоритма функционирования. Здесь различают: системы стабилизации — предназначены для поддержания с заданной точностью значений управляемой величины х (t) = const; уст = х (t) — у (t) y доп;
Рис. 2. Система адаптивного управления
системы программного управления — обеспечивают изменение задающим воздействием управляемого параметра по заданной программе во времени: х (t) = f (t); yуст = x (t)- y (t) yдоп, f (t) — программа, заранее известная функция времени;
следящие системы — решают задачу изменения управляемого параметра в соответствии с заранее неизвестной функцией времени f (t), определяемой задающим воздействием: х (t) = f (t); yуст = x (t)- y (t) yдоп;
системы адаптивного управления — основаны на принципе адаптации, обеспечивающем накопление и немедленное использование текущей информации для изменения параметров, структуры системы и управляющих воздействий с целью устранения неопределенности из-за недостаточной априорной информации и оптимизации избранного показателя качества (рис. 2).
На рис. 2 показано, что, кроме обычной системы регулирования, состоящей из объекта О, регулятора Р, устройства обратной связи ОС, элемента сравнения ЭС, система содержит устройства: оценки процесса (УОП) и оценки внешних воздействий (УОВВ), синтеза (УС) требуемых настроек параметров, структуры и выдает команду исполнительному механизму ИМ.
2. Принцип управления, Этот признак определяет, как и на основе какой информации формируется управляющее воздействие
в системе. Одним из основных признаков, характеризующих принцип управления, является требуемая для выработки управляющего воздействия рабочая информация, а следовательно, и конфигурация цепей передачи воздействия в системе. Построение систем основывается на ряде общих принципов управления: по отклонению, по возмущению, комбинированному, адаптивному.
Управление по отклонению основано на формировании управляющего воздействия на базе информации об отклонении управляемой величины от заданного значения. Для реализации этого принципа в управляющем устройстве необходимо сравнение
Рис. 3. Системы управления по отклонению (а), по возмущению (б), комбинированного управления (в); ЭС — элемент сравнения; АУУ — автоматическое управляющее устройство; ОУ — объект управления
действительного значения управляемой величины с заданным и управление объектом по результатам сравнения и(t) = f [у (t - x (t)]= =f [ х (t)].
Таким образом, характерным признаком систем, построенных на основе рассматриваемого признака, является наличие обратной связи или замкнутого контура (рис. 3, а). Обратной называют связь, с помощью которой информация об управляемом параметре передается с выхода системы (звена) на вход управляющего устройства. Обратные связи могут быть положительные x (t) = =[y (t) + х (t) ] и отрицательные x (t) = =[y (t) - х (t) ], жесткие и гибкие.
При жестких связях характер передаваемого сигнала не изменяется и они действуют при установившемся и переходном режимах. Гибкие связи изменяют характер передаваемого сигнала. Обычно они передают скорость изменения сигнала (производную) и работают только в переходных режимах.
Принцип управления по отклонению универсален и весьма эффективен, поскольку алгоритм управления формируется независимо от причин, вызвавших отклонение управляемого параметра.
Управление по возмущению, или принцип компенсации возмущений (рис. 3, б), состоит в том, что управляющее воздействие в системе вырабатывается в зависимости от результатов измерения возмущения z (t), действующего на объект. Системы, построенные по этому принципу, обратных связей не имеют и рабо-
тают с разомкнутой цепью. Они могут строиться как системы компенсации или системы программного управления. В системах компенсации управляющее воздействие будет u(t) =f [z(t)] или u(t) =f [x(t), z(t)]. Достоинство систем — высокое быстродействие, но плохая избирательность. Не все возмущения можно измерить.
Комбинированное управление сочетает в себе принцип управления по отклонению и возмущению (рис. 3, в): u(t)= =f [ x(t), z(t)]. Системы имеют высокое быстродействие и точность. Действие неучтенных возмущений в системе ослабляется обратной связью.
3. Свойства в установившемся режиме. По этому признаку си
стемы по величине установившейся ошибки подразделяют на ста
тические и астатические. Если при постоянном задающем воздейст
вии х (t) = const установившаяся ошибка не равна нулю у 0,
такую систему называют статической, а если при х (t) =
= const y = 0, ее называют астатической по отношению
к рассматриваемому воздействию.
4. Число контуров регулирования. Различают однокон
турные и многоконтурные системы.
5. Наличие и вид вспомогательной энергии. В системах пря
мого действия мощности датчика достаточно для переме
щения регулирующего органа (поплавок, связанный с клапаном),
системы косвенного действия используют посторон
ний источник энергии (электрический, гидравлический и пневма
тический).
6. Принцип формирования сигналов. Системы делятся на не
прерывные и дискретные. На базе непрерывного из
мерения технологического параметра формируется непрерывное
воздействие на исполнительный механизм. Во втором случае воз
действие осуществляется через определенные промежутки времени
или по достижении параметром определенного уровня.
7. Число регулируемых величин. Системы могут быть одно
мерными, когда у = f (х), и многомерными, когда
параметров несколько. Системы выполняют несвязанное
или связанное регулирование (сушильные барабаны, су
шильные камеры и т. д.).
8. Зависимость выходных параметров от входных. Различают
линейные и нелинейные системы.
9. Выполняемые функции [2]. Здесь можно выделить:
системы автоматического контроля включают» автоматические сигнализацию, измерение и сбор информации. Автоматическая сигнализация предназначена для оповещения персонала о значениях контролируемых параметров (нормальные, предельные, аварийные), месте и характере нарушения технологического процесса. Сигнализация о нормальном состоянии реализуется путем индикации, предупредительная и аварийная сигнализации обычно звуковые (сирена, звонок), дублируется индикацией.
Автоматическое измерение применяют для измерения и передачи на измерительные показывающие и регистрирующие приборы значения физических величин, характеризующих технологический процесс. Автоматический сбор информации реализуется информационно-измерительными устройствами и применяется для получения информации о ходе технологического процесса. Наиболее перспективной является информационно-измерительная система, построенная на базе микро- или мини-ЭВМ;
системы дистанционного управления управляют машинами, агрегатами на расстоянии. Команды на управление подаются персоналом по электрическим проводам с помощью командной аппаратуры (кнопки, ключи и т. д.);
системы автоматического управления на базе комплекса технических средств и методов обеспечивают управление объектами без участия человека (см. § 32).
10. Степень автоматизации производственных процессов. Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию. Для частичной автоматизации характерна автоматизация отдельных операций или агрегатов. Она облегчает труд человека, но не освобождает от участия в производственном процессе. Комплексная автоматизация предполагает автоматическое выполнение комплекса операций. Функции человека сводятся к наблюдению за ходом процесса и изменением режима работы автоматических устройств с целью достижения лучших технико-экономических показателей. Полная автоматизация обеспечивает выполнение функций выбора и согласование режимов работы отдельных машин и агрегатов с помощью специальных автоматических устройств без участия человека. За персоналом остаются функции периодического осмотра, ремонта, перестройки на новый режим работы.
Системы телемеханики отличаются от систем дистанционного управления тем, что имеют передающие, принимающие устройства и каналы (линии) связи. Вся информация, команды управления шифруются на передающем и дешифруются на принимающем устройствах. В качестве каналов связи используют проводную связь или радиосвязь. Телеуправление применяют обычно в комплексе с телеизмерением и телесигнализацией.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) включают измерительно-преобразовательную аппаратуру, вычислительную технику, исполнительные устройства и регулирующие органы.
АСУ ТП формирует управляющие воздействия, обеспечивающие оптимальные условия протекания технологических процессов с участием операторов и частично автоматически. Автоматизированные системы управления предприятием (АСУП) — это системы управления производственно-хозяйственной деятельностью, включающие интегрированную обработку с целью автоматизации информационных процессов на предприятии для совершенствования управления, повышения оперативности, поиска рациональных решений.
Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 92 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Глава 1 | | | КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ |