Лекции по "Управлению"

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Ноября 2011 в 23:01, курс лекций

Описание работы

Основы теории автоматического управления
Основные понятия и определения
Принципы управления

Файлы: 1 файл

Лекции.doc

— 1.42 Мб (Скачать файл)
  1. Основы  теории автоматического  управления
    1. Основные  понятия и определения

      Цель  предмета – получение знаний в области управления (полностью или частично автоматизированного) химико-технологическими процессами

    Пример  системы управления (СУ) парогенератором (устройством для получения пара при сжигании жидкого топлива):

    

  1. парогенератор
  2. форсунки
  3. датчик давления РЕ
  4. регулятор
  5. регулирующий орган
  6. исполнительный механизм (ИМ)
 
 
 
 

    Поддержание давления пара на заданном уровне –  цель управления.

    Датчик  давления выдает информацию регулятору, который с помощью ИМ осуществляет изменение проходного сечения запорной арматуры с целью стабилизации давления пара.

     Часто для анализа и синтеза систем управления используют структурные схемы, в которых элементы СУ представлены в виде прямоугольника, имеющего вход и выход 

Для обеспечения правильной работы системы очень важно согласование регулятора с управляемым объектом

    Для схемы (рис.1) составляется структурная схема

    Основные  элементы СУ – объект и регулятор.

    У объекта  имеется множество параметров состояния. Из этого множества выбирают те параметры, которые прямо или косвенно свидетельствуют о нарушениях хода технологического процесса – это так называемые регулируемые переменные y(t) (выходные характеристики).

    Отклонение  температуры свидетельствуют о нарушении теплового баланса;

      уровня  жидкости – баланса по жидкой фазе;

      давления – баланса по газовой фазе;

      концентрации – баланса по компонентам.

     На объект поступают внешние воздействия - возмущения f(t), либо регулирующие воздействия xр: 
 

    Различают возмущения контролируемые (можно измерить) и неконтролируемые (измерить невозможно или нецелесообразно).

    Основным  возмущающим фактором является нагрузка. Для парогенератора – это расход пара.

    Для управления выходными переменными y(t) используются управляющие (регулирующие) воздействия xр(t) (могут также обозначаться x(t), u(t)). Как правило, это изменение положения регулирующего органа и связанный с ним расход вещества или энергии, выделяемая мощность электронагревателей и пр.

    Для обеспечения качественного управления объектом (рис.1) необходимо согласовать статические и динамические характеристики регулятора с характеристиками объекта.

    Обычно  датчики и исполнительные устройства относят к объекту (т.к. в процессе эксплуатации они не меняются), что  позволяет структурную схему (рис.2) рассматривать в упрощенном виде:

    

    1. Принципы  управления

    Системы управления классифицируются по различным  признакам, в том числе по принципам управления. Различают следующие принципы управления:

    1. разомкнутое управление – управление по возмущению;
    2. замкнутое управление – управление по отклонению.

  • Управление  по возмущению
  •     Если  удается выделить и измерить основной возмущающий фактор, то может быть реализован данный принцип.

        Структурная схема

        

        Регулятор изменяет расход топлива в соответствии с основным возмущающим фактором – расходом пара.

        Достоинствo: простота и быстродействие.

        Недостаток: не компенсирует остальные возмущающие факторы

        При реализации данного принципа используют так называемый принцип инвариантности: при любых задающих и возмущающих воздействиях выходная характеристика должна быть тождественно равна заданию: . Это обеспечивает компенсацию возмущений. Принцип инвариантности не всегда технически реализуем (например, когда запаздывание по каналу управления выше, чем по каналу возмущения).

        К так  называемому разомкнутому управлению относится также программное  управление.

        Основное  свойство – регулятор "не следит" за тем, что "натворил" на объекте (например, полив в теплице при размножении растений).

  • Управление  по отклонению (см. пример на рис. 1)
  •     

        На  вход регулятора поступает отклонение . Регулятор воздействует на объект тогда, когда , стремясь устранить это отклонение вне зависимости от причин, его вызывающих.

        Достоинство: устраняет все возмущения, включая неконтролируемые, т.е. обеспечивает точность управления.

        Недостатки: при реализации данного принципа не всегда удается обеспечить достижение трех показателей: точности, быстродействия и устойчивости, поэтому применяют комбинированное управление.

  • Комбинированное управление
  •      рис. 5

        Регулятор 1 формирует принцип по возмущению; работает быстро.

        Регулятор 2 формирует принцип по отклонению; работает точно.

        Оба воздействуют на один исполнительный механизм.

        Регулятор 1 может использоваться в качестве задатчика регулятора 2 (изображено пунктиром). 
     

      1. Алгоритмы функционирования (АФ)

        Это совокупность правил, выраженных в той или иной форме и определяющих характер изменения выходной характеристики в ходе технологического процесса.

        Различают следующие АФ

      1. стабилизация;
      2. программное управление;
      3. следящие системы;
      4. экстремальные системы;
      5. оптимальное управление.

  •      Стабилизация
  •     При этом в течение технологического процесса выходная характеристика поддерживается постоянной

  •      Программное управление
  •     Наиболее  часто используется управление по временной программе (например, поддержание температуры и влажности воздуха в сушилке для древесины),

        

    а также по координате (станки с ЧПУ).

        В этом случае реализуется также разомкнутый  принцип.

  • Следящие  системы
  •     Используются  в случае, когда нельзя задать заранее  характер изменения выходной характеристики, т.к. она должна следить за изменением другого параметра (отслеживание автоматической зенитной установкой полета цели).

  • Экстремальные системы
  •     В ряде случаев эффективность процесса может обеспечиваться экстремальным значением какого-либо параметра (настройка радиоприемника на максимальную мощность сигнала):

        

        При исчезновении максимума необходимо делать пробные шаги в ту и другую сторону.

  • Оптимальное управление
  •     Реализуется в случае обеспечения какого-либо критерия оптимальности (эффективности) процесса: min себестоимость, max производительность…

        Наиболее  эффективен при переходе с одного режима на другой, например:

        перевод парогенератора с P1 до P2 за min время при ограничениях на max расход топлива.

      1. Законы  управления

        Различают:

    1. дискретные (нелинейные), называемые также, позиционные или релейные законы;
      1. непрерывные (линейные).

  • Двухпозиционный закон
  •     Характеризуются тем, что управляющее воздействие  занимает определенную позицию, а переход  из одной позиции в другую осуществляется в момент достижения выходной характеристикой своего порогового значения.

        Рассмотрим  пример управления электрическим нагревателем в помещении с помощью датчика-реле ДТКБ (биметаллический)

        В момент времени обеспечивается подача электроэнергии в помещение. Так как , то контакт ДТКБ в схеме управления замкнут, катушка магнитного пускателя КМ получает питание, магнитный пускатель своими силовыми контактами обеспечивает подачу электроэнергии электронагревателю ЕК (силовая схема).

        В момент времени  достигает верхнего порога срабатывания ДТКБ, разрывает его контакт в схеме управления, обесточивается катушка КМ, разрываются силовые контакты КМ, нагреватель отключается.

        В момент времени  достигает нижнего порога срабатывания ДТКБ. Его контакт в схеме управления замыкается, обеспечивая срабатывание магнитного пускателя КМ и включение электронагревателя. Далее процесс происходит аналогично, при этом совершает автоколебательное движение вблизи уставки на срабатывание . Зона нечувствительности 2δ присуща всем позиционным регуляторам и подлежит настройке.

        В жизни  происходит запаздывание реакции объектов, поэтому реальная картина искажена.

  • Трёхпозиционный закон
  •     Рассмотрим  систему управления 2х-секционным электрокалорифером с помощью двух датчиков-реле ДТКБ. И схема управления, и силовая схема аналогичны предыдущему примеру для каждой секции.

        В этом случае 3 позиции управляющего воздействия:

      1. оба нагревателя включены;
      2. включен один нагреватель;
      3. отключены оба.

        В момент температура в помещении ниже уставок на срабатывание обоих датчиков-реле ( и ). При подаче эл.питания в помещение вследствие замкнутости обоих контактов ДТКБ включаются оба нагревателя "собственными" магнитными пускателями. Температура в помещении растёт.

        В момент отключается нагреватель 1, т.к. достигает верхнего порога срабатывания его датчика-реле. При теплопотерях в помещении ниже мощности 1-го нагревателя температура продолжает расти.

    В момент отключается 2й нагреватель по аналогичной причине. Далее процесс продолжается аналогично рассмотренному на верхнем уровне температуры .

        Предположим, что, начиная с момента времени  , теплопотери помещения превышают мощность нагревателя 2. Поэтому при включенном нагревателе 2 температура в помещении падает.

        В момент дополнительно включается нагреватель 1 (т.к. замкнулись контакты его ДТКБ). Далее процесс управления происходит аналогично по 2х позиционному закону, но на нижнем уровне температуры .

  • Трёхпозиционный закон в системах управления, укомплектованных двигателями постоянной скорости
  •     В этих случаях, регулирующие органы могут быть снабжены 1-фазными или обычными 3хфазными асинхронными электродвигателями с редукторами.

        В этом случае 3 позиции управляющего воздействия:

      1. двигатель вращается в одну сторону;
      2. двигатель вращается в другую (противоположную) сторону;
      3. двигатель остановлен.

        Рассмотрим  схему управления 1-фазным электродвигателем  на напряжении 220В (в схеме не рассмотрены блокировка и конечные выключатели)

    Информация о работе Лекции по "Управлению"