double arrow

Функциональные элементы АСУ

Автоматические системы управления (АСУ) состоят из отдельных элементов, кото­рые выполняют определенные функции технологического процесса в объектах автоматики.

К основным функциональным элементам АСУ относят: задающий элемент (ЗЭ), воспринимающий элемент (ВЭ), элемент сравнения (ЭС), управляющий элемент (УЭ), исполнительный элемент (механизм) (ИЭ), регулирующий орган (РО), объект управления (ОУ).

Рисунок 3.7 – Условные обозна­чения на функциональных схемах:

а – функционального элемента; б – элемента сравнения.

 

Задающий элемент (ЗЭ) служит для установки задания регулятору, он вырабатывает эталонную величину х0,с которой сравнивается фактическое значение управляе­мой величины у. ЗЭ задает алгоритм функционирования управляемому объекту.

Воспринимающий (измерительный, чувствительный) эле­мент (ВЭ) (датчики) предназначен для получения информации о фак­тическом значении управляемой (регулируемой) величины объекта в виде сигнала определенной физической природы.

Элемент сравнения (ЭС) служит для сравнения задания xo(t) ифактического значения управляемой величины y(t),на выходе этого элемента получается результат сравнения в виде ε = х 0(t) – у 0(t).Для этого обе сравниваемые величины должны быть одинаковой физической природы.

Управляющий элемент (УЭ) формирует управляющий сигнал согласно принятому алгоритму управления. Так как поступающий на УЭ сигнал обычно имеет малую мощ­ность, то в большинстве случаев он усиливается до мощности, достаточной для приведения в действие исполнительного механизма. При формировании более сложных алгорит­мов управления в качестве УЭ могут быть логические эле­менты и электронные вычислительные машины. В УЭ входят усилители.

Исполнительный элемент (ИЭ) преобразует управляющий сигнал в управляющее воздей­ствие u(t) на управляемый объ­ект через его управляющий (регулирующий) орган. Если регу­лирующий орган объекта требу­ет механического перемещения (задвижка, реостат и т. п.), то ИЭ называют исполнительным механизмом или сервомеханиз­мом.

Корректирующие элементы (КЭ) улучшают динамиче­ские свойства процесса регулирования и вводятся в автома­тическое управляющее устройство при обоснованной не­обходимости.

Каждый функциональный элемент выполняет элемен­тарную функцию, которая заключается в получении, пре­образовании и передаче информации в виде сигналов оп­ределенной физической природы. Для удобства анализа работы автоматического устройства функциональные эле­менты представляют устройствами однонаправленного дей­ствия, то есть передающими сигнал в одном направлении: со входа на выход.


Классификация АСУ

 

Рисунок. 3.6 – Классификация автоматических систем управления (регулирования)

Первый из признаков – назначение информации, в соответствии с которым автоматические СУ делят на замкнутые и разомкнутые.

Замкнутые системы используют текущую информацию о вы­ходных величинах, определяют отклонение ε(t) управляемой вели­чины Y(t) от ее заданного значения Yo и принимают действия к уменьшению или полному исключению ε(t). Простейшим приме­ром замкнутой системы, называемой системой регулирования по отклонению,служит система стаби­лизации уровня воды в баке. Система состоит из измерительного преобразователя (датчика) уровня, устройства управления (регулятора) и исполнительного механизма,управляющего по­ложением регулирующего органа (клапана).

Признак замкнутой системы, действующей на отклонение ре­гулируемой величины, – обратная связь с выхода ОУ на его вход. Замкнутые системы этого типа компенсируют любые возмущения, поскольку регулятор контролирует только отклонение регулируе­мой величины независимо от причины, его вызвавшей. Они не могут обеспечить равенство выходной величины Y(t) заданному значению Y 0в течение всего времени t управления, так как их принцип работы связан с наличием отклонения ε = Y(t)Y0.

Разомкнутые автоматические СУ подразделяют на системы с жесткой программой и с управлением по возмущению. Пример систем первого типа — система автоматического пуска и останов­ки комплекса машин, входящих в технологическую линию, в ко­торой должна выдерживаться определенная последовательность (программа) работы отдельных механизмов, при этом ОС с выхода объекта на его вход отсутствует.

В разомкнутых АСУ, действующих по возмуще­нию, управление осуществляется на основании информации о входных (возмущающих) воздействиях. В системах регулирования уровня воды таким возмущением является изменение давле­ния воды в подающем трубопроводе.

В реальных системах возможна компенсация одного или не­скольких поддающихся измерению возмущений. Если таких возму­щений несколько, то для компенсации каждого из них необходим свой контур регулирования. При этом всегда останется часть возму­щений, в том числе случайных и неконтролируемых, которые могут вызвать отклонение регулируемой величины Y(t ) от заданной Y0.

Выход из этого – сочетание обоих принципов управления (по возмущению и отклонению). Такую систему называют комбиниро­ванной,и ее преимущество по сравнению с системой, действующей по отклонению, в лучшей стабилизации регулируе­мой величины.

Стабилизирующие системы поддерживают управляемую вели­чину на заданном уровне, программные – изменяют управляемую величину по заданной программе и следящие –обеспечивают из­мерение управляемой величины в определенном соотношении к задающему воздействию. В защищенном грунте пример стабили­зирующей СУ – система регулирования температуры грунта, про­граммной СУ – система управления температурой в зависимости от времени суток, следящей СУ – то же, но в зависимости от уровня естественной освещенности.

По методу управления автоматические СУ подразделяют на приспосабливающиеся (адаптивные) и неприспосабливающиеся к изменяющимся условиям работы ОУ.

Приспосабливающиеся, или адаптивные, автоматические СУ целенаправленно изменяют алгоритмы управления или параметры управляющих воздействий для достижения наилучшего управле­ния объектом. Поскольку в процессе работы таких систем проис­ходит изменение их алгоритмов и (или) структуры, то их называют также самонастраивающимися. Частный случай приспосабливаю­щихся систем – экстремальные, задача которых – автоматический поиск максимума или минимума управляемой величины.

Следующий признак классификации связан с результатом ра­боты системы в установившемся состоянии. В соответствии с ним автоматические СУ делят на статические и астатические.

В статических системах по окончании переходного процесса существует разница между заданным и установившимся значения­ми управляемой величины, которую называют статической ошиб­кой. Статическая ошибка ΔYСТ – непременный признак таких сис­тем, причем величина ее зависит как от величины возмущения, так и от параметров настройки регулятора.

В астатических системах управляемая величина по окончании переходного процесса равна заданному значению. Возможное от­клонение (ошибка управления), свойственное реальным системам автоматики, обусловлено несовершенством ее элементов.

По характеру изменения управляющих воздействий во времени автоматические СУ делят на непрерывные и прерывистые, или дискретные.

В непрерывных системах управляемая величина и управляющее воздействие – непрерывные функции времени.

Прерывистые автоматические СУ подразделяют на релейные, импульсные и цифровые.

В релейных (позиционных) системах один из элементов, обычно это управляющее устройство (УУ), имеет существенно нелиней­ную (релейную) характеристику, в соответствии с которой управ­ляющее воздействие изменяется скачкообразно при определенном значении управляемой величины. Такова, к примеру, система уп­равления водонагревателем, в которой регулятор температуры включает электронагреватель при снижении температуры воды до определяемого настройкой регулятора значения.

Импульсные автоматические СУ имеют в своем составе звено, преобразующее управляемую величину в дискретную импульсную. При этом управляемой величине пропорциональна амплитуда или длительность импульсов.

В цифровых системах формирование управляющих воздействий осуществляется цифровыми вычислительными устройствами, ко­торые оперируют не с непрерывными сигналами, а с дискретными числовыми последовательностями.

Следующий признак классификации – число управляемых ве­личин. В соответствии с этим признаком автоматические СУ де­лят на одномерные и многомерные. Одномерные имеют по одной входной и выходной величине, а многомерные – по нескольку.

По виду дифференциального уравнения автоматические СУ под­разделяют на линейные и нелинейные. К линейным относят системы, поведение которых описывается линейными дифференциальными уравнениями. Поскольку систем, абсолютно точно описываемых ли­нейными дифференциальными уравнениями, практически не суще­ствует, сюда относят также линеаризованные системы, описываемые линейными дифференциальными уравнениями приближенно, при Некоторых допущениях и ограничениях. К нелинейным относят сис­темы, поведение которых описывается нелинейными дифференци­альными уравнениями, причем в системе достаточно иметь всего один нелинейный элемент, чтобы вся она стала нелинейной.

Типы схем АСУ


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: