Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Структура АСР, класифікація та принципи регулювання

Автоматичною системою регулювання (використовують також термін "система автоматичного регулювання") називають систему, завданням якої є автоматичне підтримання регульованої величини на заданому рівні - X(t) = Xзад.

При розгляді процесу функціонування АСР за основу візьмемо її структуру, зображену на рис. 1.1. Автоматичні системи регулювання працюють безпосередньо на об'єкті, тобто вони є нижнім рівнем

комп'ютерно-інтегрованої системи управління. Для загального уявлення про множину систем регулювання та управління доцільно розглянути їх класифікацію за основними ознаками.

За видом регульованої величини АСР називають автоматичними системами регулювання температури, тиску тощо. Залежно від напрямку передачі інформації та її використання в процесі управління існують два типи систем - розімкнеш та замкнені. У розімкнених системах відсутній зворотний зв'язок, а інформація передається лише від автоматичного регулятора чи іншого пристрою керування до об'єкта. Тут можливі різні варіанти, наприклад, на пристрій керування може надходити лише Хзад або лише основне збурення Z. У першому випадку це може бути дистанційне керування двигунами, програмне керування різними технологічними процесами (агрегатами). Точність підтримання рівності X(t)=X3aд повністю визначається постійністю параметрів системи, передусім об'єкта, а результат управління приймається гарантованим. У другому випадку ставиться завдання створити в системі таке управління, щоб повністю або частково компенсувати (парирувати) дію збурення раніше, ніж об'єкт зреагує на нього. Нижче буде показано, що в таких системах реалізується принцип управління за збуренням. Можливий варіант системи, в якій одночасно використовуються обидва сигнали, однак застосування розімкнених систем у кожному конкретному випадку визначається властивостями об'єкта (в першу чергу його стаціонарністю, незмінністю властивостей з часом) і характером діючих збурень.

Найхарактернішою ознакою замкнених систем є наявність зворотного зв'язку, що дає інформацію про фактичний стан регульованої величини Х(і) як результат управління:∆Х = Хзад - X(t) →0. Комбіновані системи використовують сигнали Хзад, X(t), Z для формування управляючої дії. Зворотний зв'язок відіграє важливу роль при створенні найскладніших систем управління, він вважається фундаментальним поняттям найскладніших систем управління, фундаментальним поняттям кібернетики.

АСР мають різні види алгоритмів функціонування, а визначальною ознакою є характер Хзад. У системах стабілізації Хзад = соnst на значних інтервалах часу, що означає необхідність підтримання на певному рівні відповідно до технологічних параметрів ряду регульованих параметрів - температури, рівня, тиску і т.д. Періодично Х зад може змінюватися при зміні виробничої ситуації, але знову ж на тривалий період управління.

У системах програмного регулювання Xзад = var, тобто змінюється за певною програмою, яка може задаватися часовим графіком. Ці системи використовують при управлінні періодичними і циклічними процесами. У слідкуючих системах задане значення параметра також змінюється (Хзад =var), але характер його зміни наперед невідомий. Так, це може бути, коли Хзад є функцією іншого параметра, який змінюється довільно. Наприклад, підтримується температура в приміщенні, а параметри теплоносія є функцією температури зовнішнього повітря.

Підкреслимо ще раз, що управляюча дія (управління) формується автоматичним регулятором як функція від ∆Х = Хзад - X(t), причому в процесі регулювання ∆Х→0.

 

Для загальної характеристики автоматичних систем регулювання і управління використовують ряд ознак, які дозволяють виділити один клас із складних систем. Так, можна виділити одно - та багатовимірні системи відповідно з однією або багатьма вихідними (регульованими) величинами. Зрозуміло, що системи автоматичного чи авто­матизованого управління складними об'єктами є багатовимірними. В свою чергу, останні можуть бути системами незв'язаного і зв'язаного управління. У першому випадку кілька технологічних параметрів не зв'язані між собою і для кожного з них використовується окремий регулятор, який працює незалежно від інших (автономно). У другому випадку регульовані параметри зв'язані між собою спільними матеріальними та енергетичними потоками чи процесами, що відбуваються в об'єкті, і незалежне регулювання їх неефективне, а то й просто неможливе. Тому в системах зв'язаного управління вводяться додаткові зв'язки для забезпечення (при необхідності) незалежності одного регульованого параметра від іншого (автономні системи). У рамках багатовимірних систем реалізуються також інваріантні системи на основі компенсації основних збурень. Слід зазначити, що реальні об'єкти, як правило, багатовимірні, але при технічній реалізації АСР у кожному конкретному випадку потрібно встановити доцільність створення багатовимірних систем на підставі оцінки тісності зв'язку між параметрами та інтенсивністю збурень.

При оцінці АСР важливою ознакою є також характер перетворень сигналів окремих елементів чи у системі в цілому. Так, системи називають лінійними, коли вони досить точно можуть описуватися лінійними залежностями, тобто статичні характеристики "вихід-вхід" у такому разі являють собою прямі лінії. Це певна ідеалізація, оскільки в

реальних системах завжди спостерігаються нелінійності (люфти і зазори у рухомих частинах, складні, різні за своєю природою процеси в об'єкті) і вони є нелінійними. З метою спрощення нелінійні системи по можливості замінюють еквівалентними лінійними - здійснюють лінеаризацію. Для лінійних (лінеаризованих) систем розроблено загальні, наочні та прості методи аналізу і синтезу, тому й намагаються, коли це можливо, нелінійні системи зводити до лінійних (лінеаризованих). Але таку заміну слід оцінювати у кожному конкретному випадку.

Визначальною ознакою лінійних систем є можливість застосування до них принципу суперпозиції (накладання реакції), згідно з яким реакція системи на будь-яку комбінацію дій визначається як сума реакцій на кожну з них. Це дозволяє застосовувати ефективний прийом у процесі аналізу та синтезу АСР: вивчати поведінку системи при кожній дії окремо, нехтуючи іншими, а потім одержати загальний результат як суму часткових. Оскільки найбільш простими і точними є методи аналізу та синтезу лінійних систем, їм у подальшому приділятимуть основну увагу.

При тривалій роботі системи управління відбуваються певні зміни характеристик і властивостей окремих її елементів, передусім об'єкта. Тому в загальному випадку всі системи умовно поділяють на стаціонарні та нестаціонарні. Для перших приймається припущення, що параметри системи не змінюються (вірніше, цими змінами можна знехтувати). Для других зміни параметрів набувають суттєвого значення, їх необхідно враховувати, аце зумовлює створення адаптивних систем. Крім того, стаціонарні системи описуються простішими залежностями (наприклад, диференціальними рівняннями з постійними коефіцієнтами), а для нестаціонарних у математичних моделях необхідно вводити змінні коефіцієнти, значення яких залежать від тривалості роботи.

За характеристиками сигналів усі системи поділяють на неперервні (в літературі вживається термін "аналогові") та дискретні. Унеперевних системах усі сигнали - це неперервні функції часу. В дискретних системах є елементи, вихідні сигнали яких змінюються стрибкоподібно при плавній зміні вхідних і являють собою імпульси певної величини й тривалості. До дискретних систем належать позиційні (релейні),

імпульсні та цифрові. Останні мають нині найбільше значення у зв'язку з використанням у системах управління мікропроцесорних пристроїв та ЕОМ.

Як згадувалося вище, для нестаціонарних об'єктів система управління повинна забезпечувати можливість урахування його змінюваних у часі характеристик і умов роботи (змінюваних характеристик зовнішнього середовища). Такі системи називають адаптивними, а елемент адаптації (пристосування) забезпечує введення в систему сигналів, що відображають зміни в об'єкті та зовнішньому середовищі. Системи у такому разі ускладнюються, але при суттєвій нестаціонарності об'єкта забезпечують високі техніко-економічні показники роботи.

Використовувані до цього часу в системах управління мікропроцесорні засоби й ЕОМ дають можливість реалізувати складні, досконалі методи та алгоритми. Зокрема, створюються екстремальні й оптимальні системи. Перші дозволяють підтримувати роботу об'єкта коло точки, яка відповідає екстремуму його статичної характеристики. Наприклад, в теплогенераторах це точка з максимальним тепловиділенням, що відповідає певному співвідношенню палива й повітря. Оптимальні системи передбачають формування деякого узагальненого показника (критерію оптимальності), за яким можна оцінити процес функціонування в існуючих умовах (обмеженнях) та при наявних ресурсах. У цих системах критерій оптимальності завжди набуває екстремального характеру (min чи max), наприклад, максимальний випуск продукції чи мінімальні витрати ресурсів при існуючих обмеженнях на якість продукції, значення технологічних параметрів і т.д.

Автоматичні системи виконують різні функції, але практикою автоматизації вироблено деякі загальні методи побудови таких систем. За їх допомогою обирається структура системи, процес формування

управлінь, точки одержання та шляхи передачі інформації. Це - принципи регулювання (управління). До класичних принципів відносять: регулювання за відхиленням, за збуренням, комбіноване. Інколи до них додають принцип адаптації. Пояснимо ці принципи за допомогою схеми (див. рис. 1.1). Вихід регулятора, тобто регулююча дія, формується як функція від ∆Х = Хзад - X(t), бо на суматор перед регулятором підключаються два сигнали:Хзад і X(t) (останній сигнал будемо в подальшому для спрощення позначати X). Цей принцип най частіше використовують для побудови АСР як один із найпростіших і універсальних. Останнє означає, що незалежно від причини, яка зумовила виникнення ∆Х, автоматичний регулятор буде формувати Up. Причинами виникнення ∆Х є як зовнішні збурення у самому об'єкті, так і внутрішні. В цих системах існує головний зворотний зв'язок

за сигналом X, який несе інформацію про результат дії U. В той же час у принципі за відхиленням закладено недолік: регулювання починається лише тоді, коли ∆Х ≠ 0, тобто Х ≠ Хзад. Інакше кажучи, для підтриман­ня Х = Хзад необхідно, щоб ця умова попередньо порушилася. Для інерційних об'єктів регулююча дія формується із значним запізненням, що призводить до суттєвих відхилень X від Хзад.

Принцип регулювання за збуренням базується на тому, що регулятор починає формувати Up, не чекаючи появи сигналу ∆Х, а в момент, коли виникне суттєве збурення. Сигнал за збуренням формується спеціальним компенсуючим пристроєм КП, а система у цілому є розімкненою. В той же час застосування цього принципу пов'язане з певними труднощами - вимірюванням і введенням у систему всіх без винятку збурень, що практично неможливо. Тому в "чистому" вигляді цей принцип застосовують рідко.

Принцип комбінованого управління поєднує у собі обидва раніше названі. Побудовані в цьому випадку системи використовують сигнали за збуренням та головного зворотного зв'язку. Зрозуміло, що вводяться сигнали лише від найбільш суттєвих ("сильних") збурень, які можна вимірювати з необхідною точністю. Тоді розімкнений контур за збуренням є головним, а неточності регулювання усуваються у замкненому контурі за рахунок зворотного зв'язку.


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Методи та прилади вимірювання рівня | Типові ланки
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 2793; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.02 сек.