Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1 билет ТАУ
Теория автоматического управления (ТАУ) — научная дисциплина, изучающая процессы автоматического управления объектами разной физической природы. При этом при помощи математических средств выявляются свойства систем автоматического управления и разрабатываются рекомендации по их проектированию. Является составной частью технической кибернетики и предназначена для разработки общих принципов автоматического управления, а также методов анализа (исследования функционирования) и синтеза (выбора параметров) систем автоматического управления (САУ) техническими объектами. Задача управления заключается в формировании такого закона изменения управляющих воздействий, при которых достигается желаемое поведение объекта независимо от наличия возмущений.
2 билет Структурная схема простейшей системы управления. Замкнутая В процессе работы система автоматического регулирования сравнивает текущее значение измеряемого параметра Х с задающим воздействием(заданием SP, уставкой) и устраняет рассогласование E (Е=SP-PV). Внешние возмущающие воздействия Z также устраняются регулятором. Например, при регулировании температуры в печи, задающим воздействием (заданием SP) является требуемая температура воздуха, измеряемым и регулируемым параметром X - текущая температура в печи, рассогласованием E является их разница, управляющей величиной Y является напряжение, подаваемое на нагревательный элемент (например, ТЭН).
Структурная схема замкнутой системы регулирования
где: SP – задающее воздействие; «задатчик» - ручной или программный задатчик (в частном случае оператор системы управления); X - контролируемый и регулируемый технологический параметр; E=SP–PV - рассогласование; Y - управляющий сигнал; Z - внешние возмущения; ОУ – обьект управления.
3) Структурная схема прстейшей системы регилирования.Разомкнутной система регулирования.
Рис. 2. Простейшая статическая система регулирования: Т1 - входная труба; З - задвижка; Р - рычажная система; П - поплавок; С - сосуд с жидкостью; Т2 - выходная труба.
В простейшей системе регулирования – одноконтурной – в отрицательной обратной связи располагается
регулятор, поэтому встает необходимость знания типовых законов регулирования и выпускаемых на их основе промышленных регуляторов. Типовые законы регулирования изучаются так же, как типовых динамических звеньев, с позиций их динамических характеристик. Необходимо знать особенности, достоинства и недостатки, область применения каждого из типовых регуляторов.
В процессе работы оператор анализирует (визуально) значение измеряемого параметра Х (например, на технологическом индикаторе), и при необходимости, с помощью ручного задатчика, устанавливает необходимое значение технологического параметра Х. Внешние возмущающие воздействия Z также устраняются оператором, вручную. Например, при ручном регулировании температуры в печи, задающим воздействием SP является сигнал с ручного задатчика, измеряемым и регулируемым параметром X - текущая температура в печи, управляющей величиной Y является напряжение, подаваемое с ручного задатчика на нагревательный элемент (например, ТЭН) .
Структурная схема разомкнутой системы регулирования
где: SP – управляющее (задающее) воздействие; X - контролируемый технологический параметр; Y - управляющий сигнал; Z - внешние возмущения; ОУ – обьект управления.
Разомкнутые системы автоматического регулирования.Системы управления разделяются на разомкнутые и замкнутые системы. Управление по ра-зомкнутому циклу осуществляется без контроля результата.
|
Такое управление называется жестким. Разомкнутые системы применяются для стабилизации и программного управления.
|
Задающее устройство вырабатывает задающее воздействие g, в соответствии, с которым устанавливается управляющее воздействие U. Управляющим называется воздействие, которое вырабатывает исполнительное устройство (исполнительный элемент). Это воздействие поступает на объект управления и определяет значение выходной величины. На объект управления кроме управляющего всегда действует другое воздействие, называемое возмущающим. Возмущающих воздействий может быть несколько. Возмущающее воздействие нарушает связь между управляющим воздействием и выходной величиной объекта. При постоянном задающем воздействии g изменение возмущающего воздействия F вызывает изменение выходной величины Y. Большинство устройств систем управления являются инерционными.
Рис. 1.3 - Изменение выходных величин объекта при изменении возмущающего воздействия. Нагрузочная характеристика САР
|
Установившийся режим работы наступает лишь по истечении некоторого времени. В установившемся режиме работы свойства системы можно охарактеризовать с помощью нагрузочной характеристики. Нагрузочная характеристика представляет собой зависимость выходной величины системы от возмущающего воздействия . В разомкнутой системе нагрузочная характеристика - это характеристика объекта. Она не зависит от других элементов (усилителя, исполнительного устройства). Любые изменения возмущающего воздействия вызывают изменения выходной величины. Разомкнутую систему можно оценить по величине отклонения выходного сигнала под влиянием возмущающего воздействия F. |
4) Основные термины и определенияя ТАУ: параметр технологического процесса, регулироваемый параметр, объект управления , управления, регулятор. Теория автоматического управления (ТАУ) — научная дисциплина, изучающая процессы автоматического управления объектами разной физической природы. При этом при помощи математических средств выявляются свойства систем автоматического управления и разрабатываются рекомендации по их проектированию. Является составной частью технической кибернетики и предназначена для разработки общих принципов автоматического управления, а также методов анализа (исследования функционирования) и синтеза (выбора параметров) систем автоматического управления (САУ) техническими объектами.
Автоматика — отрасль науки и техники, охватывающая теорию и практику автоматического управления, а также принципы построения автоматических систем и образующих их технических средств.
Управление — процесс на входе объекта управления, обеспечивающий такое протекание процессов на выходе объекта управления, которое обеспечивают достижение заданной цели управления.
Цель — желаемое поведение процессов на выходе объекта управления.
Объекты:
Устройство управления — совокупность устройств, с помощью которых осуществляется управление входами объекта управления.
Задающее воздействие g(t) — определяет требуемый закон регулирования выходной величины.
Ошибка регулирования ε(t) = g(t) — y(t), разность между требуемым значением регулируемой величины и текущим её значением. Если ε(t) отлична от нуля, то этот сигнал поступает на вход регулятора, который формирует такое регулирующее воздействие, чтобы в итоге с течением времени ε(t) = 0. Возмущающее воздействие f(t) — процесс на входе объекта управления, являющийся помехой управлению.
Физические величины, определяющие ход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса. Например, параметрами технологического процесса могут быть: температура, давление, расход, напряжение и т.д.
Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной или регулируемым параметром. Значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется мгновенным значением.
Объект управления — система, в которой происходит подлежащий управлению процесс. Взаимодействие с ОУ происходит через входы (которые являются причинами появления процессов в ОУ) и выходы (которые являются процессами-следствиями)
Управление — процесс на входе объекта управления, обеспечивающий такое протекание процессов на выходе объекта управления, которое обеспечивают достижение заданной цели управления.
Цель — желаемое поведение процессов на выходе объекта управления.
Объекты:
Система автоматического управления (САУ) включает в себя объект управления и устройство управления.
Устройство управления — совокупность устройств, с помощью которых осуществляется управление входами объекта управления.
Регулирование — частный случай управления, цель которого заключается в поддержании на заданном уровне одного или нескольких выходов объекта управления.
Регулятор — преобразует ошибку регулирования ε(t) в управляющее воздействие, поступающее на объект управления.
5) Основные термины и определенияя ТАУ: задача регулирования, САР , обратная связь, выходное воздействие, возмущающее воздействие.
Теория автоматического управления (ТАУ) — научная дисциплина, изучающая процессы автоматического управления объектами разной физической природы. При этом при помощи математических средств выявляются свойства систем автоматического управления и разрабатываются рекомендации по их проектированию. Является составной частью технической кибернетики и предназначена для разработки общих принципов автоматического управления, а также методов анализа (исследования функционирования) и синтеза (выбора параметров) систем автоматического управления (САУ) техническими объектами. САР может находиться в состоянии равновесия, в ней могут протекать установившиеся и переходные процессы, количественные характеристики которых изучает теория автоматического регулирования (ТАР). В статических системах регулирования установившаяся погрешность (ошибка ) eст при постоянной нагрузке (на объект) зависит от величины последней. Обратная связь — связь, при которой на вход регулятора подаётся действительное значение выходной переменной, а также заданное значение регулируемой переменной.
Управление по принципу отклонения управляемой переменной — обратная связь образует замкнутый контур. На управляемый объект подаётся воздействие, пропорциональное сумме (разности) между выходной переменной и заданным значением, так, чтобы эта сумма (разность) уменьшалась. Управление по принципу компенсации возмущений — на вход регулятора попадает сигнал, пропорциональный возмущающему воздействию. Отсутствует зависимость между управляющим воздействием и результатом этого действия на объект.
Управление по принципу комбинированного регулирования — используется одновременно регулирование по возмущению и по отклонению, что обеспечивает наиболее высокую точность управления.
Входное воздействие (Х) – воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.
Выходное воздействие (Y) – воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства.
Внешнее воздействие – воздействие внешней среды на систему.
Структурная схема системы регулирования к примеру 1:
Возмущающее воздействие (f) - воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
Задача регулирования – доведение выходной величины X обьекта регулирования до заранее определенного значения SP и удержания ее на данном значении с учетом влияния возмущающих воздействий.
6)Виды возмущающих воздейсивии, действующих на систему стабилизации (систему управления)
Возмущения, действующие на САР, представляют собой непрерывные функции времени с различными законами изменения. Часто такой же характер имеют задающие воздействия. Поэтому поведение САР в реальных условиях представляет собой сочетание переходного и установившегося режимов. В этом случае возникают трудности принципиального характера, так как заранее неизвестны законы измерения внешних воздействий, что затрудняет анализ динамики и статики САР. Для ликвидации возникших затруднений часто используют так называемые типовые, управляющие и возмущающие воздействия, которые представляют собой либо наиболее вероятные, либо наиболее неблагоприятные законы изменения управляющих и возмущающих воздействий.
Например, довольно широко в качестве типовых используют воздействия полиномиального вида
, (1.1)
где n = 0,1,2 … – натуральные числа; – постоянные величины;
где 1(t) – единичная ступенчатая функция.
При n = 0 выражение (1.1) определяет ступенчатое воздействие:
. (1.2)
При n = 1 из выражения (1.1) получим линейное воздействие (с постоянной скоростью)
. (1.3)
При n = 2 из выражения (1.1) получим воздействие с постоянным ускорением
. (1.4)
Графическое представление типовых воздействий, соответствующих уравнениям (1.2), (1.3), (1.4), представлено на рис. 1.5.
|
|
В некоторых случаях в качестве типового используется воздействие следующего вида:
,
где d(t) – единичная дельта-функция
Единичная дельта-функция (единичный импульс) представляет собой математическую идеализацию импульса бесконечно малой длительности, бесконечно большой амплитуды, имеющего конечную площадь, равную единице, т. е. .
Существует следующая связь между единичной ступенчатой функцией и дельта-функцией
.
Кроме того, часто применяются гармонические типовые воздействия
|
Классификация |
Вид возмущающего |
Место приложения |
Примечания |
|
1 По характеру |
? медленно |
|
|
|
|
? низкочастотные |
Поступают на вход |
|
|
? высокочастотные |
Поступают на выход |
Необходима фильтрация шумов |
где k – постоянный коэффициент; w – частота; j – фаза.
Момент приложения внешних воздействий к САР обычно принимается за нуль отсчёта времени. При таком подходе внешние воздействия для отрицательного момента времени равны нулю. В связи о этим в аналитические выражения для внешних воздействий в качестве множителя вводят единичную ступенчатую функцию.
Любое внешнее влияние сложной формы может быть приближенно представлено в виде совокупности типовых воздействий, связанных между собой определенными математическими операциями.
Система автоматического управления может включать следующие режимы: стабилизация продольного и бокового движения, стабилизация барометрической высоты полёта, стабилизация приборной скорости или числа Маха, стабилизация заданного курса, программное управление от навигационного комплекса в боковом и продольном канале, автоматический или директорный заход на посадку по сигналам курсо-глиссадных маяков и стабилизация движения на глиссаде снижения. На военных машинах предусмотрены режимы автоматического приведения к горизонтальному установившемуся полёту при потере лётчиком ориентировки в пространстве ("привод в горизонт") и автоматический низковысотный полёт с огибанием рельефа местности.
На пассажирских машинах применяется автомат тяги АТ, позволяющий автоматически регулировать обороты двигателей в незначительных пределах, с целью стабилизации путевой скорости на маршруте, без изменения тангажа. Автомат тяги является самостоятельной электронной системой, работающей на САУ.
7)Классификаци видов возмущающих воздействии
Классификация видов возмущающих воздействий, действующих на систему управления или
регулирования, приведена в таблице 2:
Таблица 2 - Классификация видов возмущающих воздействий
Следовательно, целесообразно выделение классов внутренних возмущающих факторов в соответствии с видами деятельности промышленного предприятия. А так как вся деятельность предприятия и процессы, протекающие в нем, осуществляются различными структурами внутреннего ресурсного потенциала [7], представляется необходимым выделить классы возмущающих факторов по компонентам внутреннего ресурсного потенциала, которыми и осуществляются определенные виды деятельности. Классификация внутренних возмущающих воздействий, основанная на анализе промышленного предприятия в ресурснопотоковом и структурно-функциональном аспектах
Кроме предложенной классификации возмущающих воздействий, основанной на ресурснопотоковом и процессно-функциональном анализе, а также на исследовании параметров, характеризующих экономические параметры макро-, мезо- и микросред, представляется целесообразным классифицировать факторы экономического риска промышленного предприятия по характеру воздействия на миниэкономической систему
Представленная классификация экономических показателей позволяет характеризовать различные стороны работы предприятия, причем не всегда однозначно. Возникает задача получения сводной оценки. Исходя из того, что уровень эффективности производства измеряется соотношением величин ресурсов и эффекта, полагаем целесообразным для оценки социально-экономических результатов использовать систему сводных показателей, включающую следующие подсистемы:
- показатели эффективности затрат живого труда;
- показатели эффективности прошлого труда.
Таким образом, возмущающие воздействия характеризуются условиями, в которых совершаются производственные, финансовые и хозяйственные процессы, а также причинами или факторами, под воздействием которых эти процессы и их результаты изменяются. Выявление возмущающих воздействий, их классификация и систематизация показателей, характеризующих влияние этих воздействий на эффективность деятельности предприятия, способны непосредственно изменять степень управления деятельностью предприятия.
8) Основные термины и определенияя ТАУ: рассоогласование регулирования, отклонение регулирования, статические регулирования, астатические регулирования.
Теория автоматического управления (ТАУ) — научная дисциплина, изучающая процессы автоматического управления объектами разной физической природы. При этом при помощи математических средств выявляются свойства систем автоматического управления и разрабатываются рекомендации по их проектированию.
Отклонение регулирования (E = PV-SP = X-SP) – разность между действительным (PV) значением и заданным (SP) значением регулируемой величины. управляющее воздействие u(t) обычно является функцией динамической ошибки — отклонения e(t) Статическое регулирование. При статическом регулировании регулируемая величина (например, температура), находящаяся под влиянием различных внешних воздействий (подача напряжения на ТЭН или подача охлаждающей жидкости) на регулируемый объект по окончании переходного процесса, принимает неодинаковые значения, зависящие от величины воздействия.
Характерные особенности статической системы регулирования следующие:
Астатическое регулирование. При астатическом регулировании нет определенной связи между положением регулирующего органа и установившимся значением регулируемой величины. При астатическом регулировании при различных по величине значениях внешнего возмущающего воздействия (нагрузки) на объект по окончании переходного процесса восстанавливается значение регулируемой величины.
Характерные особенности астатической системы регулирования следующие:
У астатических регуляторов отсутствует статическая ошибка и регулируемая величина остается равной заданной с точностью, соответствующей нечувствительности регулятора для всех равновесных состояний системы.
регулируемой величины х(t) от её заданного значения x0(t):e(t)=x0(t) — х(t) (принцип Ползунова — Уатта регулирования по отклонению, или принцип обратной связи) (рис., а). Иногда к Р. а. относят также управление, при котором u(t) вырабатывается (устройством компенсации) в функции возмущающего воздействия f (нагрузки) на объект (принцип Понселе регулирования по возмущению) (рис., б), и комбинированное регулирование по отклонению и возмущению (рис., б).
Для осуществления Р. а. к. объекту подключается комплекс устройств, представляющих собой в совокупности регулятор. Объект и регулятор образуют систему автоматического регулирования (CAP). САР по отклонению является замкнутой (см. Замкнутая система управления),по возмущению — разомкнутой (см. Разомкнутая система управления). Математическое выражение функциональной зависимости желаемого (требуемого) управляющего воздействия u0(t) от измеряемых регулятором величин называется законом, или алгоритмом, регулирования.
yуст = (х). у Статическую характеристику часто изображают графически в
виде кривой у(х).
9.Классификация систем автоматического регулирования по характеру изменения задающего воздействия
По данному признаку САУ делятся на:
- системы автоматической стабилизации;
- системы программного управления;
- следящие системы.
Система автоматической стабилизации – это система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать значение управляемой величины постоянной:
означает, что управляемая переменная поддерживается на заданном уровне с некоторой ошибкойгде знак Системы автоматической стабилизации имеют наибольшее распространение в промышленной автоматике. Система программного управления – это система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую переменную в соответствии с заранее заданной функцией времени fn(t), т.е. Следящая система – это система, предназначенная для изменения управляемой переменной в соответствии с изменением другой переменной, которая действует на входе системы и закон изменения которой заранее не известен, т.е. где fc(t) – произвольная функция времени. Следящие системы обычно используются для дистанционного управления перемещением объектов в пространстве, а также для дистанционной передачи показаний.
10. Классификация САР по количеству контуров регулирования
Одноконтурные. Содержащие один контур регулирования. Многоконтурные. Содержащие несколько контуров регулирования (в т.ч. каскадные регуляторы, регуляторы ограничения)
11. Классификация САР по количеству регулируемых технологических параметров
Однокомпонентные. Системы с одной регулируемой величиной. Многокомпонентные несвязанные Системы с несколькими регулируемыми величинами. Регуляторы непосредственно не связаны и могут взаимно действовать только через общий для них объект регулирования. Системы с несколькими регулируемыми величинами. Регуляторы различных параметров одного или нескольких объектов связаны между собой: Многокомпонентные связанные 1.Регуляторы со статической и/или динамической коррекцией параметра или заданной точки.2.Регуляторы соотношения нескольких параметров с постоянным или управляемым коэффициентом соотношения.3.Каскадные регуляторы.4.Регуляторы ограничения (с макс. или мин. ограничением)
12. Классификация САР по своему функциональному назначению
Специализированные .САР температуры, давления, расхода, уровня, обьема и др. Универсальные. С нормированными входными и выходными сигналами и пригодные для управления различными параметрами13. Классификация САР по закону регулирования или логике работы контура регулирования
Двухпозиционный Двухпозиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием, не требуют настройки и просты в эксплуатации. Двухпозиционные регуляторы используются для управления переключательными элементами - дискретными исполнительными устройствами. Трехпозиционный. Трехпозиционные регуляторы используются для систем управления уровнем различных веществ, для систем управления нагреванием-охлаждением различных тепловых процессов, холодильных установок, регулирования микроклимата подогревателем и вентилятором, для систем распределения и смешивания различных потоков веществ с помощью трехходовых клапанов, кранов, смесителей, реверсивных электродвигателей, сервоприводов и др.П, ПИ, ПИД-регулятор.
ШИМ-регулятор. Адаптивные. Самонастраивающиеся, авто настраивающиеся
Оптимальные. Использующие оптимальный закон регулирования
14-билет. Класс. САР: по хар., используемых для управления сигналов(по роду действия) Непрерывные Аналоговые сигналы (ток, напряжение). Частный случай – выходной сигнал ШИМ регулятора (с дискретным выходом) Дискретные Релейные, импульсные, цифровые. Выходные устройства – механическое реле, твердотельное реле, симистор, тиристор, транзисторный ключ, интерфейса.
15-билет. Класс. САР: по характеру мат. Соотношений, по виду используемой для регулирования энергии Классификация по математическим признакам: 1. Линейные системыдля которых справедлив принцип суперпозиции; 2. Нелинейные системы 3. Существенно нелинейные
Принцип суперпозиции (наложения): Если на вход объекта подается несколько входных воздействий, то реакция объекта на сумму входных воздействий равна сумме реакций объекта на каждое воздействие в отдельности По виду используемой для регулирования энергии: - пневматические, - гидравлические, - электрические, - механические и др.
Билет-16
1.Классификация САР.по принципу регулирования,по направлению дейтсвия,по принципу действия.
Любая система автоматического управления (регулирования) состоит из двух основных частей: объекта управления и управляющего устройства. Объект управления (регулирования) – это устройство, требуемый режим которого обеспечивается специально организованным управлением (аппарат, оборудование или технологический процесс и т.п.). Управление объектом в автоматических системах осуществляется с помощью управляющего устройства (автоматического регулятора). Управляющее устройство – это устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы. Состояние объекта определяется рядом величин. Те из них, по которым ведется управление, называются управляемыми (регулируемыми, выходными). Требуемое значение управляемой величины определяется задающим (командным, входным) воздействием, приложенным к входу управляющего устройства. Управляемые (выходные) величины изменяются под влиянием приложенных к объекту воздействий: управляющих (регулирующих) и возмущающих. Управляющее (регулирующее) воздействие – это воздействие управляющего устройства (автоматического регулятора) на объект.
Возмущающее воздействие (помеха) – это все воздействия, вызывающие непланируемые изменения выходной величины (например, изменение нагрузки объекта). Возмущающие воздействия могут возникнуть и внутри самой автоматической системы в результате нарушения нормального функционирования ее отдельных элементов. Совокупность взаимодействующих между собой объекта управления и управляющего устройства с целью управления объектом называется системой автоматического управления (регулирования) – САУ (САР). Задачи системы автоматического управления: компенсация влияния всех возмущающих воздействий и поддержание требуемого значения управляемой величины. Закон изменения требуемого значения управляемой величины либо задается заранее, либо формируется в процессе работы системы. Системы автоматического управления могут быть построены с использованием следующих принципов:
1) управление по разомкнутому циклу (по возмущению);
2) управление по замкнутому циклу (по отклонению, с обратной связью);
3) комбинированное управление.
В разомкнутых системах управления действительное значение управляемой величины Хвых(t) не контролируется. Разомкнутая система управления управления
Управляющее воздействие Хр(t) формируется на основе информации о некоторых основных контролируемых возмущающих воздействиях fi(t). Поэтому такие системы часто называются системами управления по возмущению. Требуемый закон изменения управляемой величины определяется задающим воздействием Хвх(t). Поскольку в таких системах компенсируется влияние не всех возмущающих воздействий, а только одного или нескольких основных, то точность их работы может оказаться не всегда удовлетворительной. В замкнутых системах управления (рис. 2.2) контролируется действительное значение управляемой величины Хвых(t). Информация о ней используется для формирования управляющего воздействия Хр(t). Цепь, по которой информация об управляемой величине передается на управляющее устройство, называется главной обратной связью.
Отличительной особенностью замкнутых систем является их универсальность. Любое отклонение управляемой величины Хвых(t) от ее заданного значения Хвх(t) вызывает появление управляющего воздействияХр(t), направленного на ликвидацию этого отклонения. Благодаря универсальности замкнутые системы получили преимущественное применение в технике. В системах, работающих по принципу комбинированного управления, для формирования управляющего воздействия используется как информация о действительном значении управляемой величины, так информация об основных возмущающих воздействиях Комбинированная система управления управления
В дальнейшем будут рассмотрены вопросы теории автоматического управления применительно в основном к замкнутым системам автоматического управления (регулирования).
Функциональная схема типовой замкнутой системы автоматического управления, отражающая назначение входящих в состав управляющего устройства элементов, представлена
Функционально необходимыми элементами любой САР в общем случае являются:
1) объект управления;
2) исполнительный элемент, который вырабатывает управляющее воздействие, прикладываемое к объекту управления;
3) усилительный элемент, осуществляющий необходимое преобразование сигнала ошибки и, в частности, его усиление по мощности;
4) измерительный элемент, служащий для измерения отклонения управляемой величины от заданного значения.
Кроме перечисленных элементов, в состав управляющего устройства могут входить последовательные корректирующие устройства, параллельные корректирующие устройства (местные обратные связи), предназначенные для придания системе требуемых динамических свойств.
17-Билет
1.Принцип суперпозиции(наложения).Регулирование по отклонению,регулирование по возмущению,комбинированный принцип регулирования.
Принцип наложения формулируется следующим образом: ток (напряжение) на участке цепи, в которой действуют несколько независимых источников ЭДС и тока, равен алгебраической сумме токов (напряжений), вызываемых каждым из этих источников в отдельности. Принцип базируется на линейности уравнений цепи и позволяет свести задачу анализа цепи к рассмотрению частных режимов, в каждом из которых учитывается один независимый источник. Управляемые источники, действующие в цепи, следует учитывать в каждом из частных режимов. В цепи, включающей источник ЭДС e и тока J, а также управляемый источник тока i2 , применение принципа приводит к анализу двух режимов:
1) при действии e источник тока исключается (рис. 6.2, б);
2) действие источника J рассматривается при закороченном источнике ЭДС, т. е. когда e = 0
Токи ветвей для 1-го режима определяем из следующих уравнений:
,
откуда
Уравнения для 2-го режима имеют вид: , . Эта пара однородных уравнений имеет нулевое решение: , поэтому . Окончательно найдем:
Отметим, что при суммировании токов частных режимов учитывают принятые их направления, которые могут быть различными.
18-Билет
1. Требование к промышленным САР,одноконтурный САР.промышленным объектом управления.
|
Для того чтобы технологическое оборудование работало с высоким КПД, с заданной производительностью, давало продукцию необходимого качества и работало надежно, необходимо поддерживать величины, характеризующие процесс, в большинстве случаев постоянными. Эта важнейшая задача возложена на промышленные системы автоматического регулирования и стабилизации технологических процессов. В системах стабилизации - сигнал заданной точки (задания, уставка регулятора) остается постоянным в течении длительного времени работы. Другой, не менее важной задачей, является задача программного управления технологическим агрегатом, что обеспечивает переход на новые режимы работы. Решение этой проблемы осуществляется с помощью той же системы автоматической стабилизации,задание которой изменяется от программного задатчика. Для большинства промышленных САР необходима достаточно высокая точность их работы ±(1- 1.5)%. При этом главное назначение системы стабилизации - это компенсация внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления. |
|
Рисунок Рисунок 1.7 - Структурная схема одноконтурной САР промышленным объектом управления Основные элементы: ЗДН – задатчик, ПРЗ – программный задатчик, ЭС - элемент сравнения, РЕГ - автоматический регулятор, УМ - усилитель мощности, АР - автоматический регулятор (современные регуляторы обьединяют узлы ЗДН, ПРЗ, РЕГ, УМ, НП), ИМ - исполнительный механизм, РО - регулируемый орган, ОСп - обратная связь по положению регулирующего органа, ОУ - объект управления, Д – датчик (первичный преобразователь), НП - нормирующий преобразователь(в современных микропроцессорных системах управления и регуляторах, является встроенным входных устройством). |
19-Билет
1.Классификация объектов управления,по характеру протекания технологического процесса,по характеру установивегося значения выходной величины объекта.
Классификацию ОУ можно провести по ряду признаков: по количеству выходных величин в математической модели объекта, по классу дифференциальных уравнений, по функциональной зависимости (линейной или нелинейной) между выходными и входными величинами в статическом режиме и т. д. Одномерные и многомерные объекты
Одномерный объект — объект управления, математическая модель функционирования которого содержит одну выходную величину. Входных величин может быть несколько. Можно представить, что влияние входной величины на выходную величину распространяется внутри объекта по некоторому воображаемому пути, называемому динамическим каналом. Многомерный объект — объект управления, математическая модель функционирования которого содержит несколько выходных величин. Для многомерного объекта число уравнений вида соответствует числу выходных величин. Многомерные объекты могут быть односвязны-ми и многосвязными.
Односвязные и многосвязные объекты
Односвязный объект — объект управления, в математической модели функционирования которого каждая входная величина влияет только на одну входную величину. Иначе говоря, многомерный односвязный объект — это объект с независимыми выходными величинами. Такие объекты разбивают на несколько одномерных объектов и рассматривают независимо друг от друга.
Многосвязный объект — объект управления, в котором хотя бы одна входная величина влияет одновременно на несколько выходных величин. Иначе говоря, выходные величины многомерного многосвязного объекта являются взаимозависимыми, что объясняется присутствием в таких объектах перекрестных связей между параметрами.
Примером многомерного (двухмерного — по числу выходных координат) многосвязного объекта может служить реактор идеального смешения, в котором проводится экзотермическая реакция.
Линейные и нелинейные объекты
Линейный объект — объект управления, в математической модели функционирования которого все зависимости между величинами могут быть представлены линейными функциями.
В общем случае необходимым условием линейности объекта управления (как и любой другой системы) является соответствующая взаимосвязь между входным воздействиеми реакцией объекта на это воздействие. Если к объекту, находящемуся в состоянии покоя, приложить возмущающее воздействие, то на выходе появится реакция. Если при тех же условиях подвергнуть объект воздействию, то он даст соответствующую реакцию. Необходимым условием линейности является то, чтобы при возмущающем воздействииобъект давал реакцию. Это положение обычно называют принципом суперпозиции.
Кроме того, линейный объект должен обладать свойством гомогенности (однородности). Необходимо, чтобы при изменении входной переменной в к раз (= const) реакция (выходная переменная) объекта изменилась в то же число раз, т. е. оказалась равна
Нелинейный объект — объект/управления, в математической модели функционирования которого хотя бы одна зависимость между величинами является нелинейной функцией.
Объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами
Выходные величины объектов с сосредоточенными параметрами не зависят от пространственной координаты и имеют в данный момент времени одно и то же числовое значение в каждой точке внутри объекта. Примерами таких объектов являются: химический реактор идеального смешения, резервуар со свободным истечением жидкости, газгольдер и т. д.с. Объекты управления с сосредоточенными параметрами, свойства которых не изменяются во времени, называются стационарными и описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Дифференциальные уравнения дополняются начальными условиями.
Выходные величины объектов с распределенными параметрами в данный момент времени имеют разные числовые значения в различных точках объекта. Основные переменные процесса в объекте с распределенными параметрами изменяются и во времени, и в пространстве. Математическая модель объекта управления с распределенными параметрами содержит хотя бы одно дифференциальное уравнение с частными производными. Примерами объектов с распределенными параметрами являются трубчатые реакторы, массо-обменные колонные аппараты (ректификационные, дистилляционные, абсорбционные, экстракционные), кожухотрубные теплообменники, теплообменники «труба в трубе» и т. д.
Свойства объектов управления
Емкость
Работа любого управляемого объекта связана с притоком (приходом), стоком (расходом) и преобразованием материальных и энергетических потоков, поэтому емкость является свойством, характерным для всех объектов управления в химической технологии.
Под емкостью объекта (аккумулирующей способностью) обычно понимают его способность накапливать или сохранять вещество или энергию.
Объекты управления по числу емкостей подразделяются на од-ноемкостные и многоемкостные. Одноемкостный объект управления состоит из одного сопротивления стоку (расходу) вещества или энергии и одной емкости. К одноемкостный объектам относятся резервуары и аппараты, в которых регулируется уровень жидкости; аппараты, в которых регулируется давление газа или пара; теплообменники смесительного типа с непосредственным контактом теплоносителя и нагреваемого (или охлаждаемого) вещества; участки трубопроводов, на которых регулируется давление или расход, и др.
Многоемкостные объекты состоят из двух или более емкостей, последовательно соединенных и разделенных сопротивлениями. Большинство промышленных объектов управления (ректификационные и абсорбционные колонны, теплообменники, сложные гидравлические системы и др.) являются многоемкостными объектами.
На рис. 4.5 приведены примеры одноемкостных и многоемкостных объектов.
Из сказанного следует, что чем больше емкость объекта, тем меньше скорость изменения выходной величины при одном и том же изменении потока подаваемого в объект вещества или энергии. Это означает, что емкость характеризует инерционность объекта.
Самовыравнивание
Состояние объекта может быть нарушено в результате изменения материальных или энергетических потоков (притока или стока), т. е. нанесением на объект возмущающих воздействий. При этом выходные величины будут увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, что окажется больше — приход или расход. По способности восстанавливать равновесное состояние после нанесения на объект возмущающего воздействия объекты делят на нейтральные, устойчивые, неустойчивые.
Объекты без самовыравнивания (нейтральные)
Объекты без самовыравнивания называют нейтральными, или астатическими.
Рис. 7. Схема объекта регулирования без самовыравнивания
Выходные величины нейтральных объектов не оказывают воздействия на приток (приход) или сток (расход) вещества или энергии, т. е. в нейтральных объектах отсутствует внутренняя обратная связь. При отсутствии возмущающего воздействия нейтральный объект может находиться в состоянии равновесия при любых значениях выходной величины. При нарушении равновесия в объекте скорость изменения выходной величины пропорциональна величине возмущающего воздействия, т. е. при наличии не скомпенсированного возмущающего воздействия статический режим в нейтральном объекте не возможен.
Объекты с самовыравниванием (устойчивые)
Способность объекта прийти после нанесения возмущающего воздействия в новое установившееся состояние без вмешательства управляющего устройства называется самовыравниванием (саморегулированием).
Объекты с самовыравниванием называют статическими, или устойчивыми.
В объектах с самовыравниванием ступенчатое входное воздействие изменяет выходную величину со скоростью, постепенно уменьшающейся до нуля. Самовыравнивание является результатом действия внутренней отрицательной обратной связи в объекте (результатом влияния выходной величины объекта на приток или сток вещества или энергии). Чем больше величина самовыравнивания, тем меньше отклоняется управляемый параметр от состояния равновесия, имевшего место до возмущающего воздействия. Самовыравнивание способствует стабилизации управляемой величины в объекте и, таким образом, облегчает работу управляющего устройства.
Объекты с отрицательным самовыравниванием (неустойчивые)
В объектах с отрицательным самовыравниванием (неустойчивых объектах) изменение выходного параметра, вызванное возмущающим воздействием, приводит к еще большему неравенству между притоком и стоком вещества или энергии, что в свою очередь вызывает дальнейшее изменение выходной величины с постепенно увеличивающейся скоростью.
Запаздывание Транспортное запаздывание
Свойство объектов, проявляющееся в том, что между моментом нарушения равновесия (входным воздействием) и началом изменения выходной величины проходит некоторое время, называют запаздыванием. Запаздывание затрудняет регулирование процесса, и с ним нельзя не считаться. Во многих системах автоматического управления (регулирования) приходится иметь дело со значительным запаздыванием, возникающим из-за транспортировки вещества, энергии через трубопроводы или иные элементы оборудования. Запаздывание такого типа носит название транспортного запаздывания.
20-Билет
1.Классификация объектов управления,по структуре объекта,по количесту входных и выходных величин и их взаимосвязи Технологические процессы одного типа могут отличаться аппаратурным оформлением и свойствами перерабатываемых веществ, однако все они протекают по одним и тем же законам и характеризуются аналогичными зависимостями между параметрами. Это дает возможность разработать типовое решение по их автоматизации, которое с незначительными изменениями, вызванными особенностями ТОУ, может быть применено для всех процессов данного типа.
Во многих ТОУ проводятся процессы, подчиняющиеся нескольким законам. Например, технологический процесс в ректификационной колонне подчиняется законам гидродинамики (так как происходит перемещение потоков), тепло- и массопередачи (между потоками жидкости и пара постоянно осуществляется тепло- и массообмен). Естественно, что управлять таким процессом значительно сложнее.
Классификация по характеру технологического процесса. Характер технологического процесса определяется по временным режимам работы технологического оборудования. Большая часть объектов управления химической технологии (нефтеперерабатывающие установки, производства синтетического каучука и кислот и многие другие) относится к ТОУ с непрерывным характером производства. Сырье и реагенты в такие ТОУ поступают практически безостановочно, а технологический режим после пуска ТОУ устанавливается неизменным на длительные сроки (неделя, месяц, квартал, год). В ТОУ с периодическим (дискретным) характером производства, которые преобладают на шинных, резино- и асбесто-технических заводах, длительность технологических операций незначительна (минуты, часы); в одном и том же аппарате часто проводят разные технологические процессы с изменением во времени заданных значений параметров. Автоматизация периодических процессов существенно осложнена необходимостью перестройки работы аппаратов, заключающейся в изменении технологических режимов, а также маршрутов материальных и энергетических потоков. Часть производств, например некоторые производства синтетических волокон, удобрений, включают как непрерывные, так и дискретные технологические процессы.
Классификация по информационной емкости. Степень сложности ТОУ характеризуется информационной емкостью объекта, т. е. числом технологических параметров, участвующих в управлении.
Классификация по характеру параметров управления. По этому признаку ТОУ делятся на объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами. К первым относятся ТОУ, регулируемые параметры которых (уровень жидкости, давление, температура) имеют одно числовое значение в разных точках в данный момент времени. Это простейшие объекты – емкость, испаритель, насос, компрессор.
Большая часть объектов энергетики относится к объектам с распределенными параметрами, значения которых неодинаковы в различных точках объекта в данный момент времени. Так, в турбинных агрегатах ТЭС температура различна по пространству; в топке состав дымовых газов неодинаков по объему.
№21 билет Классификация обьектов управления
По виду статических характеристик и характеру математических соотношений: Линейные Нелинейные
По поведению в статическом режиме:
Статические. Имеется однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями (состояние статики). Примером является любой тепловой обьект. Астатические. Зависимость отсутствует. Пример: Зависимость угла поворота ротора электродвигателя отприложенного напряжения. При подаче напряжения угол поворота будет постоянно возрастать, поэтому
однозначной зависимости у него нет. По распределенности обьекта управления: Локальные обьекты управления Распределенные обьекты управления По типу стационарности обьекта: Стационарные Нестационарные. Параметры нестационарного обьекта с течением
времени изменяются. Например, химический реактор с катализатором, активность которого падает с течением времени, или летательный аппарат, масса которого уменьшается по мере выгорания топлива
№22 билет Классификация обьектов управления По зависимости от интенсивности случайных возмущений, действующих на объект: Стохастические Детерминированные По направлению действия:
Обьекты прямого (нормального) действия
Обьекты обратного (реверсивного) действия
По способности запасать рабочую среду (емкостные и многоемкостные обьекты):
Не емкостные обьекты
Емкостные обьекты. Объекты регулирования обладают способностью аккумулировать рабочую среду внутри объема. Запас накопленной объектом энергии (вещества) называется емкостью объекта. Физически она проявляется в виде теплоемкости, геометрической емкости резервуара, инерционности движущихся масс и т.п. Например, емкость бака с водой зависит от его размеров. Чем больше бак, тем медленнее будет изменяться уровень при нарушении соответствия между притоком и расходом. Особенность большинства объектов управления является их многоемкостность (наличие каскадов или цепочек технологических объектов). Многоемкостность приводит к повышению порядка дифференциального уравнения объекта т.е. к появлению множества достаточно малых постоянных времени объекта.
№23 билет
Классификация приборов и средств автоматизации
Приборы и средства автоматизации представляют собой совокупность технических средств, включающих в себя средства измерения и средства автоматизации, предназначенные для восприятия, преобразования и использования информации для контроля, регулирования и управления. Структура системотехнических основ построения и развития системы приборов базируется на стандартизованных принципах и методах:
Единая государственная система промышленных приборов и средств автоматизации содержит три ветви: гидравлическую, пневматическую и электрическую. Блочно-модульный принцип характеризуется наличием отдельных модулей или блоков, выполняющих достаточно простую функцию. Этот принцип позволяет уменьшить номенклатуру средств автоматизации, упрощает ремонт и замену, уменьшает стоимость, позволяет реализовать принцип взаимозаменяемости.
Унифицированные сигналы:
Первичные приборы (датчики) могут преобразовывать измеряемый параметр в какой-либо унифицированный сигнал. Если же датчик выдает неунифицированный сигнал, то для приведения его к стандартному диапазону должен быть установлен соответствующий нормирующий преобразователь.
Классификация приборов:
На различных технологических производствах и других обьектах наиболее часто измеряемыми величинами являются температура, давление, расход и уровень. На них приходится около80 % всех измерений. Остальную часть занимают электрические, оптические и др. виды измерения. При измерениях используются различные измерительные приборы, которые классифицируются по ряду признаков. Общей градацией является разделение их на приборы для измерения: механических, электрических, магнитных, тепловых и других физических величин. Классификация по роду измеряемой величины указывает, какую физическую величину измеряет прибор (давление Р, температуру Т, расход F, уровень L, количество вещества Q и т.д.). Исходя из признака преобразования измеряемой величины, измерительные приборы разделяют на приборы: непосредственной оценки или сравнения.
о характеру изменения: стационарные и переносные. По способу отсчета измеряемой величины: показывающие, регистрирующие, суммирующие.
24 Первичные преобразователи и датчики : для измерения температуры, давления.
Нормирующий преобразователь НП выполняет следующие функции: преобразует нестандартный неунифицированный сигнал (например, mV, Ом) в стандартный унифицированный выходной сигнал; осуществляет фильтрацию входного сигнала; осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика; применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая. Нормирующий преобразователь НП применяется, также в следующих случаях: когда необходимо подать сигнал измеряемой величины на несколько измерительных или регулирующих приборов; а также когда необходимо передать сигнал на большие расстояния, например сигнал от термопары передается на малые расстояния - до 10м, а унифицированный сигнал постоянного тока может передаваться на большие расстояния - до 100м. В современных промышленных регуляторах нормирующий преобразователь НП как правило является обязательной составной частью входного устройства регулятора.
Первичные преобразователи для измерения температуры: По термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров: термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;
термометры газовые и жидкостные манометрические;
термометры конденсационные;
электрические термометры (термопары);
термометры сопротивления;
оптические монохроматические пирометры;
оптические цветовые пирометры;
радиационные пирометры.
Первичные преобразователи для измерения давления:
По принципу действия: жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости); поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень); пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента); электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).
По роду измеряемой величины:
манометры (измерение избыточного давления);
вакуумметры (измерение давления разряжения);
мановакуумметры (измерение как избыточного давления, так и давления разряжения);
напорометры (для измерения малых избыточных давлений);
тягомеры (для измерения малых давлений, разряжений, перепадов давлений);
тягонапорометры;
дифманометры (для измерения разности или перепада давлений);
барометры (для измерения барометрического давления).
25 Первичные преобразователи и датчики: для измерения расхода пара, газа и жидкости, измерения уровня. Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования. Выходными сигналами первичных приборов, датчиков являются как правило унифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи (см. рис.1).
Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи:
Рисунок 1 - Основные структурные схемы подключения первичных преобразователей
Нормирующий преобразователь НП выполняет следующие функции: преобразует нестандартный неунифицированный сигнал (например, mV, Ом) в стандартный унифицированный выходной сигнал; осуществляет фильтрацию входного сигнала; осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика; применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая. Нормирующий преобразователь НП применяется, также в следующих случаях: когда необходимо подать сигнал измеряемой величины на несколько измерительных или регулирующих приборов; а также когда необходимо передать сигнал на большие расстояния, например сигнал от термопары передается на малые расстояния - до 10м, а унифицированный сигнал постоянного тока может передаваться на большие расстояния - до 100м. В современных промышленных регуляторах нормирующий преобразователь НП как правило является обязательной составной частью входного устройства регулятора.
Первичные преобразователи для измерения температуры:
По термодинамическим свойствам, используемым для измерения температуры, можно выделить следующие типы термометров:
термометры расширения, основанные на свойстве температурного расширения жидких и твердых тел;
термометры газовые и жидкостные манометрические; термометры конденсационные; электрические термометры (термопары); термометры сопротивления; оптические монохроматические пирометры; оптические цветовые пирометры; радиационные пирометры. Первичные преобразователи для измерения давления: По принципу действия:
жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);
поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);
пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);
электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).
Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. Общие сведения Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений. Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. Специальный случай представляет использование датчиков в автоматических системах регистрации параметров, например, в системах научных исследований. Применение датчиков В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме. Датчики классифицируют по: виду выходных величин измеряемому параметру принципу действия характеру выходного сигнала количеству входных величин технологии изготовления
26билет
Статическая характеристика элемента - называется зависимость установившихся значений выходной величины от значения величины на входе системы, т.е.:
Yуст = ц (X)
Статическую характеристику изображают в виде кривой Y(X).
Установившийся режим (Yуст) - это режим, при котором расхождение между истинным значением
регулируемой величины и ее заданным значением будет постоянным во времени.
Статический элемент - у которого при постоянном входном воздействии с течением времени
устанавливается постоянная выходная величина. Например, при подаче на вход нагревателя различных значений напряжения он будет нагреваться до соответствующих этим напряжениям значений температуры.
Астатический элемент - у которого при постоянном входном воздействии сигнал на выходе
непрерывно растет с постоянной скоростью, ускорением и т.д.
Линейный статический элемент - называется безинерционный элемент, обладающий линейной
статической характеристикой вида:
Yуст = k*X + b Как видно из формулы, статическая характеристика элемента имеет вид прямой с
коэффициентом наклона k и смещением характеристики b.
Линейные статические характеристики, в отличие от нелинейных, более удобны для изучения
благодаря своей простоте. Если модель обьекта нелинейна, то обычно ее преобразуют к линейному виду путем метода линеаризации. Система управления называется статической, если при постоянном входном воздействии ошибка
управления Е стремится к постоянному значению, зависящему от величины воздействия.
Система управления называется астатической, если при постоянном входном воздействии
ошибка управления Е стремится к нулю вне зависимости от величины воздействия.
27 Билет динамические характеристики
Переходный процесс - это переход системы от одного установившегося режима к другому при каких-либо входных воздействиях. Переходные процессы изображаются графически в виде кривой Y(t).
Например, процесс нагрева в печи до установившегося значения Yуст может иметь вид, представленный на рисунке 1.
Рисунок 1 - Переходный процесс нагрева в печи
Переходный процесс характеризует динамические свойства системы и ее поведение. Поскольку входные воздействия могут изменяться во времени, то ипереходные характеристики будут каждый раз разные. Для простоты анализа систем входные воздействия X(t) приводят к одному из типовых видов, представленных на рис2:
Рисунок 2 - Виды входных воздействий
В зависимости от вида входного воздействия функция Y(t) может иметь разное обозначение:
Переходная характеристика h(t) - реакция обьекта на единичное ступенчатое воздействие при
нулевых начальных условиях, т.е. при х(0) = 0 и у(0) = 0.
Импульсная характеристика щ(t) - реакция обьекта на д-функцию при нулевых начальных условиях.
При подаче на вход обьекта синусоидального сигнала, на выходе, как правило, в установившемся
режиме получается также синусоидальный сигнал, но с другой амплитудой и фазой:
Y(t) = AВЫХ * sin(щ*t + ц), где: AВЫХ - амплитуда, щ - частота сигнала, ц - фаза. Частотная характеристика (ЧХ, АФХ и др.) - зависимость амплитуды и фазы выходного сигнала системы в установившемся режиме при приложении на входе синусоидального (гармонического)
воздействия. Виды частотных характеристик (ЧХ):
28. типовые звенья систем регулирования
Звено системы регулирования – это элемент, обладающий определенными свойствами в динамическом отношении. Звенья систем регулирования могут иметь разную физическую основу (электрические, пневматические, механические и др. звенья), но относится к одной группе. Соотношение входных и выходных сигналов в звеньях одной группы описываются одинаковыми передаточными функциями. Простейшие типовые звенья, приведены на рис.1 (на рисунке представлены переходные
характеристики и передаточные функции):
Рисунок 1 - Переходные характеристики и передаточные функции типовых звеньев
Пояснения к рисунку:
а) Усилительное звено, пропорциональное звено усиливает входной сигнал в К раз. Уравнение звена у = К*х, передаточная функция W(р) = К (где - К коэффициент усиления). Пример усилительного звена - механические передачи, датчики. Усилительное звено является безинерционным звеном.
б) Идеальное интегрирующее звено имеет выходную величину пропорциональную интегралу входной величины. При подаче сигнала на вход звена выходной сигнал постоянно возрастает. Идеальное интегрирующее звено является астатическим, т.к. не имеет установившегося режима.
в) Реальное интегрирующее звено имеет передаточную функцию представленную на рисунке 1-в. Реальное интегрирующее звено является звеном с запаздыванием. Переходная характеристика в отличие от идеального звена является кривой. Примеры интегрирующего звена: емкость, наполняемая водой;интегральный импульсный исполнительный механизм.
г) Идеальные дифференцирующие звенья физически не реализуемы. Реальные
дифференцирующие звенья представляют собой дифференцирующие звенья большинства обьектов. Переходная характеристика и передаточная функция приведена на рис.1-г:
д) Апериодическое (инерционное) звено первого порядка представлено на рис.1-д, где Т
постоянная времени. Большинство тепловых обьектов являются апериодическими звеньями. Например, при подаче на вход электрической печи напряжения ее температура будет изменяться по аналогичному закону.
е) Колебательное звено представлено на рис.1-е. При подаче на вход ступенчатого воздействия амплитудой х0 переходная кривая будет иметь один из двух видов:апериодический (при Т1 ? 2Т2) или колебательный (при Т1<2Т2).
ж) Запаздывающее звено (на рис.1 не представлено). Передаточная функция звена:
или . Выходная величина Y повторяет входную величину X с некоторым запаздыванием . Например, ленточный транспортер, конвейер.
29.Соединения звеньев систем регулирования, передаточная функция,преобразование дифференциальных уравнений по лапласу
Нахождение основных уравнений системы автоматического регулирования во многих случаях может быть значительно облегчено использованием понятия динамических звеньев.
Часто систему автоматического регулирования можно разбить на комбинацию динамических звеньев с определенными «типовыми» передаточными функциями. Эти звенья могут соединяться друг с другом различным образом. Наиболее часто встречаются следующие соединения звеньев.
1. Последовательное соединение звеньев (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Последовательное соединение звеньев
В этом случае результирующая передаточная функция равна произведению передаточных функций отдельных звеньев [3]
. (6.1)
Следует подчеркнуть, что это правило будет справедливым только в том случае, когда соединение выхода предыдущего звена с входом последующего не меняет исходных уравнений каждого звена и, следовательно, его передаточной функции.
Если при соединении двух звеньев наблюдается влияние одного звена на другое, в результате которого меняются исходные уравнения какого-то звена, то такое соединение двух звеньев должно рассматриваться как новое самостоятельное звено со своей передаточной функцией.
2. Параллельное соединение звеньев (рис. 6.2).
Так как сигналы на выходе всех звеньев складываются, то результирующая передаточная функция в этом случае равна сумме передаточных функций [3]
. (6.2)
Для этого правила остаются справедливыми замечания, сделанные ранее относительно взаимного влияния звеньев.
Рис. 6.2. Параллельное соединение звеньев
3. Обратные связи (рис. 6.3).
Обратная связь может быть положительной, если сигнал х3 с выхода второго звена суммируется с сигналом х1 на выходе первого звена, и отрицательной, если он вычитается.
Для нахождения результирующей передаточной функции такой комбинации звеньев запишем следующие соотношения [3]:
, (6.3)
где знак плюс относится к положительной, а знак минус – к отрицательной обратной связи. Решая эти уравнения совместно, имеем
. (6.4)
Преобразова́ние Лапла́са — интегральное преобразование, связывающее функцию комплексного переменного (изображение) с функцией вещественного переменного (оригинал). С его помощью исследуются свойства динамических систем и решаются дифференциальные и интегральные уравнения.
Одной из особенностей преобразования Лапласа, которые предопределили его широкое распространение в научных и инженерных расчётах, является то, что многим соотношениям и операциям над оригиналами соответствуют более простые соотношения над их изображениями. Так, свёртка двух функций сводится в пространстве изображений к операции умножения, а линейные дифференциальные уравнения становятся алгебраическими.
30. определение параметров переходных характеристик для объектов управления с самовыравниванием
Определение динамических характеристик обьекта управления с самовыравниванием по его переходной характеристике
Самовыравниванием процесса регулирования называется свойство регулируемого объекта после нарушения равновесия между притоком и расходом вернуться к этому состоянию самостоятельно, без участия человека или регулятора. Самовыравнивание способствует более быстрой стабилизации регулируемой величины и, следовательно, облегчает работу регулятора. Процесс изменения параметра Х(t) и его переходная характеристика h(t) изображена на рис.1. Сняв кривую разгона, и оценив характер обьекта управления (с самовыравниванием или без) можно определить параметры соответствующей передаточной функции.
Передаточную функцию вида
рекомендуется применять для обьектов управления с явно выраженной преобладающей постоянной времени. Перед началом обработки переходную характеристику (кривую разгона) рекомендуется пронормировать (диапазон изменения нормированной кривой от 0 до 1) и выделить из ее начального участка величину чистого временного запаздывания.
ПРИМЕР. При подаче на вход некоторого обьекта ступенчатого воздействия была получена
переходная характеристика (см. пример на рис. 1). Требуется определить параметры переходной
характеристики. Определение динамических характеристик обьектов по кривой разгона производится методом
касательной к точке перегиба переходной характеристики (кривой разгона). В данном случае точка перегиба соответствует переходу кривой от режима ускорения к режиму замедления темпа нарастания выходного сигнала.
Рисунок 1 - Переходная характеристика (кривая разгона) обьекта с самовыравниванием
31. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ БЕЗ САМОВЫРОВНИВАНИЯ
Рис.1 Переходная характеристика
объекта без самовыравнивания
Рис.2 Структурная схема объекта без самовыравнивания.
Объект с характеристикой вида (см. рисунок 1) можно описать инер-
ционным звеном с интегратором (см. рисунок 2).
Коэффициент передачи определится наклоном асимптоты, к которой стремится характеристика . Размерность коэффициента определяется размерностями сигналов в единицу времени. За время, равное 3T характе-ристика станет практически прямой.
32. Типовые процессы регулирования
При настройке регуляторов можно получить достаточно большое число переходных процессов, удовлетворяющих заданным требованиям. Таким образом, появляется некоторая неопределенность в выборе конкретных значений параметров настройки регулятора. С целью ликвидации этой неопределенности и облегчения расчета настроек вводится понятие оптимальных типовых процессов регулирования
Выделяют три типовых процесса :
1. Апериодический процесс с минимальным временем регулирования (рис. 2.9). Этот типовой процесс предполагает, что отрабатывается возмущение F (система автоматической стабилизации). В данном случае настройки подбираются так, чтобы время регулирования было минимальным. Данный вид типового процесса широко используется для настройки систем, не допускающих колебаний в замкнутой системе регулирования.
Рис. 2.10. График процесса с 20%-ным перерегулированием.
33. Устойчивость систем управления. показатели качества процесса управления.
Устойчивость системы автоматического управления, способность системы автоматического управления(САУ) нормально функционировать и противостоять различным неизбежным возмущениям (воздействиям). Состояние САУ называется устойчивым, если отклонение от него остаётся сколь угодно малым при любых достаточно малых изменениях входных сигналов. У. САУ разного типа определяется различными методами. Точная и строгая теория У. систем, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями, создана А. М. Ляпуновым в 1892. К системам автоматического регулирования (САР) предъявляются требования не только
устойчивости процессов регулирования. Для работоспособности системы не менее необходимо, чтобы процесс автоматического регулирования осуществлялся при обеспечении определенных показателей качества процесса управления.
Если исследуемая САР является устойчивой, возникает вопрос о том, насколько качественно происходит регулирование в этой системе и удовлетворяет ли онотехнологическим требованиям обьекта управления. На практике качество регулирования определяется визуально по графику переходной характеристики. Однако, имеются точные но более сложные математические методы, дающие конкретные числовые значения (которые не рассматриваются в данной методике).
Классификация показателей качества состоит из нескольких групп:
Прямыми показателями качества процесса управления, определяемые непосредственно по
переходной характеристике являются: