Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Вопрос 144 Принципы построения, классификация и технические характеристики САи У
|
|
Принципы построения САиУ базируются на принципах управления. Выделяют три фундаментальных принципа создания систем автоматизации и управления: разомкнутое управление, компенсирующее управление и управление с обратной связью (замкнутое управление).
При разомкнутом управлении программа управления жестко задана в УУ и влияние возмущений на параметры процессов не учитывается. Примерами таких систем являются часы, магнитофон, компьютер, и т.п. Разомкнутое регулирование применяется при наличии двух условий:
- достаточной информации о свойствах объекта и их постоянстве в процессе работы;
- незначительном уровне помех или их полном отсутствии.
Рис. 1.3.1.
В простых разомкнутых системах (рис. 1.3.1) управляющее воздействие u(t) формируется управляющим устройством как функция задающего или возмущающего воздействия. Если известна модель объекта у = G(u, x) в алгебраической или дифференциальной форме и известна необходимая реакция у(t), то решается обратная задача u(t) = Y(у(t), x(t)) и определяется управление, которое необходимо для реализации реакции объекта 2. Найденный закон управления u(t) реализуется регулятором 1. Однако такое управление можно реализовать в том случае, если x(t) = const.
Для уменьшения или устранения отклонения управляемой величины от требуемого значения, вызываемого влиянием того или иного фактора, необходимо, чтобы управляющее воздействие было определенной функцией этого фактора и характеристик объекта.
Рис. 1.3.2.
На рис. 1.3.2 представлена структура, реализующая принцип управления по возмущению, которая применяется при x(t) = var, но величина x(t) поддается измерению и ее значение может подаваться на вход управляющего устройства, обеспечивая соответствующую реакцию воздействия u(t) на изменения значения x(t).
Принцип управления по возмущению состоит в том, что для уменьшения или устранения отклонения 
y(t) управляемой величины от требуемого значения, вызываемого возмущающим воздействием x(t), измеряется это воздействие и в результате его преобразования вырабатывается управляющее воздействие u(t), которое, будучи приложено к входу объекта управления 2, вызывает компенсирующее отклонение управляемой величины противоположного знака по сравнению с отклонением y(t).
Если воздействие возмущающих факторов может искажать выходную величину системы до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации с использованием корректирующего устройства. Для задания параметров коррекции должно проводиться изучение соответствующего возмущающего фактора или создаваться его математическая модель. Наибольшее распространение в технике получило управление с обратной связью, при котором управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Для выполнения данной операции выход ОУ соединяется с входом устройства управления главной обратной связью (ОС). Это самый дорогой вид управления, при этом канал обратной связи является наиболее уязвимым местом системы. При нарушении его работы система может стать неустойчивой или полностью неработоспособной.
Рис. 1.3.3.
Структура замкнутых систем управления представлена на рис. 1.3.3. Управляющее воздействие u(t) формируется как функция рассогласования 
(t) = g(t) - y(t) текущего значения управляемой переменной от требуемого задающего воздействия. Эта фундаментальная идея лежит в основе принципа управления по отклонению, который реализуется замкнутыми системами. Принцип управления по отклонению универсален, т. к. позволяет достигать цели управления независимо от причин рассогласования - изменения внутренних свойств объекта и внешних воздействий.
Рис. 1.3.4.
Замкнутые системы позволяют решать все задачи управления: стабилизации, слежения и программного управления. Неустойчивые объекты могут быть управляемы только системами с замкнутыми структурами. Обобщением рассмотренных принципов управления является принцип комбинированного управления (рис. 1.3.4), который позволяет в замкнутой системе использовать и принцип управления по возмущению.
Рис. 1.3.5.
Системы, способные изменять закон управления с целью осуществления наилучшего в некотором смысле качества управления независимо от внешних воздействий (рис. 1.3.5), используют принцип адаптации. Показатель качества обрабатывается устройством адаптации 3 для изменения структуры управляющего устройства или его параметров.
В настоящее время существует достаточно много методов классификации систем управления. Отметим некоторые из них. Наиболее общая классификация с позиций методов исследования систем, учитывающая способы математического описания, характер передачи сигналов, и характер протекания процессов в системах, приведена на рис.
Классификация по типам управления приведена на рис. 1.3.8.
Рис. 1.3.8.
Процесс управления без участия человека, называется автоматическим. Устройство, обеспечивающее автоматическое управление объектом, называется системой автоматического управления (САУ). В тех случаях, когда система обеспечивает стабилизацию управляемой величины в заданных пределах, она называется системой автоматического регулирования (САР).
Под автоматизированным понимается управление объектом в системе с разомкнутой обратной связью с участием человека в выработке управляющих воздействий. Системы, реализующие такое управление, называются автоматизированными системами управления (АСУ). Если объекты управления относятся к типу технических, то системы управления называются автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП). Если объект управления является объектом производственно-экономического или социального характера, то система управления им относится к автоматизированным системам организационного управления (АСОУ).
В последние годы все более широко внедряется интегрированное управление, реализуемое интегрированными автоматизированными системами управления (ИАСУ). Систему автоматизированного проектирования (САПР) можно определить как интегрированную автоматизированную систему управления, объектом управления которой является процесс выбора проектно-конструкторских решений на основе экономико-математических моделей изделий, конструкций, архитектурно-планировочных вариантов и т. п.
Классификация по алгоритмам функционирования. Каждая система характеризуется алгоритмом функционирования — совокупностью предписаний, определяющих характер изменения управляемой величины в зависимости от воздействия. По алгоритмам функционирования системы делятся на стабилизирующие, программные, следящие и преобразующие системы. Стабилизирующие системы обеспечивают поддержание с необходимой точностью (стабилизацию) одной или нескольких управляемых величин при произвольно меняющихся возмущающих воздействиях. Задающее воздействие системы - постоянная величина, т. е. u(t) = const. Программные системы управляют изменением управляемой величины с необходимой точностью в соответствии с составленной программой, если она заранее известна в виде временной функции. Следящие системы осуществляют изменение управляемой величины не по заранее заданной программе, а произвольно. Например, антенна радиолокатора поворачивается, следуя за самолетом, траектория движения которого заранее неизвестна, т. е. «следит» за ним. Преобразующие системы. Алгоритм системы - преобразование с необходимой точностью задающего воздействия (совокупности задающих воздействий) в управляемую величину (совокупность управляемых величин) в соответствии с некоторой функцией преобразования. Преобразующая система должна возможно более точно воспроизводить на своем выходе не само задающее воздействие (как следящая система), а некоторую величину, связанную с управляющим воздействием функций преобразования.
Технические характеристики САиУ: определяются количеством и качеством применяемых в ней технических средств автоматизации и управления. Технические средства автоматизации и управления - это устройства и приборы, которые могут как сами являться средствами автоматизации, так и входить в состав программно-аппаратного комплекса.
Типовые средства автоматизации и управления могут быть техническими, аппаратными, программно-техническими и общесистемными.
К техническим средствам автоматизации и управления относят:
− датчики;
− исполнительные механизмы;
− регулирующие органы (РО);
− линии связи;
− вторичные приборы (показывающие и регистрирующие);
− устройства аналогового и цифрового регулирования;
− программно-задающие блоки;
− устройства логико-командного управления;
− модули сбора и первичной обработки данных и контроля состояния технологического объектауправления (ТОУ);
− модули гальванической развязки и нормализации сигналов;
− преобразователи сигналов из одной формы в другую;
− модули представления данных, индикации, регистрации и выработки сигналов управления;
− буферные запоминающие устройства;
− программируемые таймеры;
− специализированные вычислительные устройства, устройства допроцессорной подготовки.
Вопрос 145 Классификация технических систем по алгоритму функционирования.
Алгоритм функционирования (АФ) – это совокупность правил или математических зависимостей, необходимых для правильного выполнения технического процесса.
Системы подразделяются на: Стабилизации – для поддержания параметров объекта
Программного управления (станки с ЧПУ)
Следящие – системы слежения
Преобразующие
Каждая система характеризуется алгоритмом функционирования — совокупностью предписаний, определяющих характер изменения управляемой величины в зависимости от воздействия. По алгоритмам функционирования системы делятся на стабилизирующие, программные, следящие и преобразующие системы.
Стабилизирующие системы обеспечивают поддержание с необходимой точностью (стабилизацию) одной или нескольких управляемых величин при произвольно меняющихся возмущающих воздействиях. Задающее воздействие системы - постоянная величина, т. е. u(t) = const.
Системы автоматической стабилизации. В них управляющее воздействие представляет собой постоянные величины (уставки). Основной задачей системы автоматической стабилизации является поддержание на постоянном уровне с допустимой ошибкой регулируемой величины независимо от действующих возмущений.
Рис.8. Пример системы
автоматической стабилизации.
Программные системы управляют изменением управляемой величины с необходимой точностью в соответствии с составленной программой, если она заранее известна в виде временной функции. Изменение управляемой величины по программе достигается добавлением к стабилизирующей системе программного устройства ПУ, изменяющего задающее воздействие u(t) во времени по определенному закону. Примерами программных систем являются системы управления химическими процессами, программного управления станками, системы программного управления выводом спутников Земли на расчетные орбиты.
Системы программного регулирования. В них управляющим воздействием является известная функция
времени (изменение по программе).
 |
Рис 9. Пример системы
программного регулирования
Следящие системы осуществляют изменение управляемой величины не по заранее заданной программе, а произвольно. Например, антенна радиолокатора поворачивается, следуя за самолетом, траектория движения которого заранее неизвестна, т. е. «следит» за ним. Задающие воздействия и управляемые величины следящих систем могут иметь разнообразный характер по своей физической природе.
В них задающее воздействия представляют собой заранее неизвестную функцию времени, т.к. источником сигнала служит внешнее явление, закон изменения которого заранее неизвестен.
Рис. 10. Пример следящей системы
Преобразующие системы. Алгоритм системы - преобразование с необходимой точностью задающего воздействия (совокупности задающих воздействий) в управляемую величину (совокупность управляемых величин) в соответствии с некоторой функцией преобразования. Преобразующая система должна возможно более точно воспроизводить на своем выходе не само задающее воздействие (как следящая система), а некоторую величину, связанную с управляющим воздействием функций преобразования. К преобразующим системам относятся, например, интегрирующие, дифференцирующие, экстраполирующие и другие системы автоматического управления.
Вопрос 146 Классификация технических систем по функциональному назначению.
Несмотря на огромное разнообразие, технические системы обладают рядом общих свойств, признаков и структурных особенностей, что позволяет считать их единой группой объектов.
Основные признаки технических систем:
1) системы состоят из частей, элементов, то есть имеют структуру;
2) системы созданы для каких-то целей, то есть выполняют полезные функции;
3) элементы (части) системы имеют связи друг с другом, соединены определенным образом, организованы в пространстве и времени;
4) каждая система в целом обладает каким-то особым качеством, неравным простой сумме свойств составляющих ее элементов.
Т.о. техническая система - это совокупность упорядоченно взаимодействующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения определенных полезных функций.
По своему функциональному назначению ТС делятся на:
1. САР (система автоматического регулирования)
САР – замкнутая активная динамическая система направленного действия, преобразующая уставку на её входе в регулирующее воздействие, непосредственно прикладываемое к объекту управления.
 |
Рис.1 Функциональная схема САР, где u(t) - управляющий сигнал; v(t) - сигнал обратной связи; 1 – задающее устройство, u(t) =K *g(t); 2 – устройство преобразования физических величин; 3 – последовательное корректирующее устройство; 4 – усилитель мощности; 5 – исполнительное устройство; 6 – встречно-параллельное корректирующее устройство; 7 – чувствительный элемент; 8 – преобразующее устройство.
По своему функциональному назначению САР делятся на:
1. Системы автоматической стабилизации. В них управляющее воздействие представляет собой постоянные величины (уставки). Основной задачей системы автоматической стабилизации является поддержание на постоянном уровне с допустимой ошибкой регулируемой величины независимо от действующих возмущений.
2. Системы программного регулирования. В них управляющим воздействием является известная функция времени (изменение по программе). СПР, как правило, состоит из:
- программоносителя, на котором записана программа работы исполнительных органов;
- устройства ввода программы;
- считывающего устройства, которое превращает программу в электрические сигналы управления;
- преобразующего устройства, которое преобразует полученные сигналы в рабочие команды и подает их приводу исполнительных органов;
- привода исполнительных органов;
- системы ОС.
3. Следящие системы. В них задающее воздействия представляют собой заранее неизвестную функцию времени, т.к. источником сигнала служит внешнее явление, закон изменения которого заранее неизвестен. Один из основных элементов СС — сравнивающее устройство, в котором производится сравнение фактически получающейся выходной величины х с заданной входной величиной g (t) и вырабатывается сигнал рассогласования e = g (t)—x. Передача величины х с выхода на вход осуществляется по цепи ООС.
2. САУ (система автоматического управления)
САУ – совокупность объекта управления и средств автоматического управления. САУ содержит следующие компоненты, обеспечивающие её функционирование: объект управления ОУ, исполнительные устройства ИсУ, измерительные устройства ИзУ, устройство управления УУ.
Объектами управления ТС служат кинематические механизмы, электрические системы, тепловые, химические и другие технологические процессы. Состояние объекта
характеризуется переменными состояниями, к которым относятся угловые и линейные координаты, скорости и др. механические переменные, токи или напряжения электрических элементов схемы, температуры и т.д.
К внешней среде системы управления относятся процессы, оказывающие влияние на поведение управляемого объекта. Среда является источником помех измерения, возмущающих воздействий, внешних задающих воздействий. К возмущающим относят воздействия, препятствующие функционированию объекта (силы сопротивления или трения, температура окружающей среды и т.п.).
ИзУ (датчики) предназначены для получения информации об объекте и внешней среде. ИсУ – устройства, предназначенные для усиления маломощных управляющих сигналов и создания энергетических воздействий на входах объекта (электропривод, преобразователь электрической энергии в механическую и т.д.).
УУ – блок, обрабатывающий полученную с помощью измерителей текущую информацию о состоянии объекта и внешней среды и формирующий управляющие воздействия, поступающие на исполнительные устройства объекта.
3. САК (система автоматического контроля)
САК предназначена для контроля различных физических величин, необходимых для управления объектов. САК ограничиваются получением информации о тех. процессе, но не вмешиваются в ход его протекания, т. е. выполняет функции наблюдения.
ЗУ – задающее устройство, от которого поступает управляющий сигнал;
Д – датчик, преобразующий управляющий сигнал в электрический;
У – усилитель, усиливает слабый сигнал датчика до достаточного значения, чтобы воздействовать на исполнительный элемент;
ИЭ – исполнительный элемент – устройство, которое производит окончательные операции процесса. Может быть представлен в виде 4 устройств:
- СУ – сигнализирующее устройство (звонок, сирена, лампочка), оповещающее о предельных значениях параметра;
- УП – указывающий прибор (стрелочный или цифровой), который показывает значение данного параметра;
- РУ – регулирующее устройство (самописец), фиксирует значение данного параметра;
- ПС – прибор сортировки, сортирует изделие в зависимости от заданного значения.
Вопрос 147 Технические средства получения информации о состоянии объекта управления. Датчики.
|
|