Системы автоматического управления

САУ представляет собой совокупность объекта и управляющего устройства, обеспечивающего выработку и реализацию управляющих воздействий без участия человека.

Простейшие САУ, решающие задачу автоматического управления пуском и остановом технологического оборудования, строятся по разомкнутой схеме.

САУ сложными объектами при повышенных требованиях к качеству их функционирования выполняются по замкнутой схеме.

Для объектов непрерывного действия (химические, нефтеперерабатывающие процессы, процессы производства энергии, проката, стального листа и др.) сейчас наиболее перспективны цифровые САУ. Эти системы имеют 2-х уровневую структуру: верхний уровень представлен микроЭВМ, формирующей задания нижнему уровню- контурам регулирования параметров.

 

Многоканальная цифровая САУ с аналоговыми контурами управления.

 

В этой системе микроЭВМ обслуживает несколько аналоговых контуров регулирования, каждый из которых содержит аналоговый АР, датчик АД и объект О. МикроЭВМ обеспечивает возможность формирования сложного программируемого характера задающего воздействия. Устройство сопряжения с Объектом УСО преобразует цифровые коды задания в аналоговые сигналы задания Х_ЗАД1… Х_{ЗАД n} локальным подсистемам. Информация о состоянии локальных подсистем с целью контроля их работы поступает в УСО в виде логических сигналов Е₁, Е₂ с выходов компараторов.

Возникновение условия Е₁ + Е₂ = 1 означает отказ системы (рассогласование ε₁ выходит за пределы порогов ε_П1, ε_П2.

Эти системы используются для реализации сравнительно простых алгоритмов управления при достаточно большой допустимой погрешности в связи с использованием аналоговых средств измерения и формирования управляющих воздействий. Пример: САУ проветриванием шахты.

РИС 83

 

Многоканальная цифровая САУ с цифровыми контурами

РИС 84

В такой системе снижается объём вычислений центральной микроЭВМ, благодаря подключению к системной магистрали локальных цифровых подсистем с помощью контроллеров, реализующих вычислительные операции по жёсткому алгоритму (операции обработки информации, формирования управляющих воздействий, сигналов защиты и др.). Программы управления локальными подсистемами содержатся в ПЗУ контроллеров. Контроллер с объектом управления связан через цифровой регулятор мощности ЦРМ и цифровой датчик ЦД. От ЭВМ в контроллеры поступают задающие воздействия, а от контроллеров в ЭВМ – информация об исправности и выполнении каждой подсистемой задачи управления.

Такая система, когда задание имеет сложный программируемый характер и требуется малая погрешность управления.

Для объектов дискретного действия характерным является циклическая последовательность тех. операций (металлорежущие станки, прессы для штамповки, сборочные конвейеры). В дискретных процессах техн. режим часто определяется порядком и длительностью выполнения тех. операций, а управление сводится к реализации последовательности и длительности операций в соответствии с заданной программой.

Дискретное производство отличается большой стабильностью тех. режима, что позволяет рассчитать его заранее, а в процессе управления осуществлять лишь оперативную коррекцию. Выбор программы управления в дискретных производственных процессах производят, как правило, по времени тех. цикла, которое минимизируется.

 

Дискретная САУ

РИС 85

Она состоит в общем виде из дискретного устройства управления (ДУУ) и объекта управления О. В состав ДУУ при аппаратной реализации входят входной логический преобразователь ЛП1 и выходной ЛП2, блок памяти П и генератор тактовых импульсов Г. Это устройство представляет собой последовательный синхронный автомат, каждое новое состояние У_(К+1) которого определяется на основе текущего состояния У(К) автомата и текущего состояния входов Х и запоминается на период времени Т (интервал дискретизаций), определяемый генератором Г.

ЛП1 формирует функцию перехода автомата из текущего в новое состояние, а преобразователь ЛП2 определяет вектор выхода U(К) (текущее состояние выходов автомата), используя сигналы векторов входа Х и текущего состояния автомата У(К).

На вход ЛП1 подаются сигналы от оператора с ПУ, программных задатчиков, датчиков Д₁… Д_m состояния объектов и с элемента памяти П. С выхода ЛП2 управляющие сигналы U (U₁… U_n) идут на исполнительные механизмы ИМ1… ИМn объекта и сигнализацию пульта управления.

В момент времени (к+1)Т импульсом С генератора производится запись рассчитанного состояния перехода в память автомата. После этого следует новая фаза вычислений очередного состояния перехода У(к+1) и выхода U (К), т.е. в дискретные моменты времени кТ, где к = 0,1,2…,n происходят дискретные изменения состояния автомата и его выхода: дискретная система переходит от точки к точке в пространстве состояний.

Дискретное управляющее устройство выполняется по жёсткой (монтажной) логике с параллельным выполнением алгоритма управления либо по программируемой логике с последовательным решением уравнений алгоритма управления. В последнем случае используется процессор, снабжённый программой вычислений управляющих воздействий и состояний автомата.

Устройства жёсткой логики выполняются на реле, контакторах, интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции. Недостаток – отсутствие гибкости при внесении изменений (введение новых функций), трудность реализации сложных алгоритмов.

Устройства гибкой логики выполняются на типовых микроконтроллерах, управляющих микроЭВМ или на микропроцессорных средствах по индивидуальным проектам.