Общие сведения об объектах управления

ВЫВОД.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЛСАУ, ИМЕЮЩАЯ ДВА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ОДНОКОНТУРНОЙ ЛСАУ.

На схеме элементы автоматической системы изображены квадратами или прямоугольниками, в которые вписаны условные обозначения элементов: ЗУ, РУ, ИМ, РО, ОР, ИУ. Пути передачи воздействий между ними изображены линиями со стрелками в направлении передачи воздействий. Так, на рисунке в задающем устройстве ЗУ вырабатывается задающие воздействия g(t), которые поступают в суммирующее устройство СУ. В это устройство с противоположным знаком подается действительное значение x регулируемого параметра. Отклонение регулируемого значения ε= g(t)- x от заданного исходит из суммирующего устройства и поступает в регулирующее устройство РУ для формирования закона регулирования и воздействия через исполнительный механизм ИМ и регулирующий орган РО на объект регулирования (управления) в сторону ликвидации отклонения регулируемой величины от заданного значения.

Если исполнительный механизм ИМ не является простым преобразующим усилительным элементом, а в динамическом отношении является более сложным звеном (интегрирующим, апериодическим), то его динамические свойства при построении схем автоматизации технологического процесса также используются при формировании закона регулирования.

Регулирующее устройство с исполнительным механизмом, задающий и суммирующий элементы образуют автоматический регулятор. Регулирующий орган, собственно объект управления (регулирования), характеризующийся той или иной регулируемой величиной, и измерительной устройство, отображающее в той или иной форме значения регулируемой величины, образуют обобщенный объект регулирования. Таким образом, локальная автоматическая системы регулирования состоит из регулятора и объекта регулирования, взаимодействующих между собой по замкнутому контуру.

Контур регулирования имеет два канала: канал управления от регулятора к объекту управления и канал главной отрицательной обратной связи от объекта управления к регулятору. При отклонении значения регулируемой величины от заданного значения от регулятора по каналу до тех пор будут поступать управляющие воздействия xp на объект управления, пока по каналу главной отрицательной обратной связи не поступит сигнал, равный заданному значению регулируемой величины x= g(t). При этом на вход регулятора сигнал поступать не будет, регулирующее воздействие на объект управления прекратится, и регулирующий орган остановится в положении, при котором обеспечивается заданное значение регулируемой величины.

Так как в реальном объекте необходимо регулировать несколько величин, то он имеет несколько самостоятельных контуров автоматического регулирования и обобщенный объект автоматического управления в каждом контуре управления является динамической моделью части реального объекта.

Следует иметь в виду, что кроме самостоятельных (основных) контуров автоматического управления в системе могут быть дополнительные (вспомогательные) контуры, предназначенные для улучшения качества управления.

В данную систему введена дополнительная обратная связь по положению исполнительного механизма через корректирующее устройство КУ и дополнительная положительная обратная связь по промежуточной величине xд объекта управления, имеющей связь с основной регулируемой величиной. Промежуточная величина измеряется дополнительным измеряющим устройством Иуд.

ИМ

РУ

ЗУ

g(t) ε ε1

РО

cy x су1 xp Хр

КУ

хк.у Хр

су2

Дополнительные обратные связи суммируются в промежуточном суммирующем устройстве СУ2, а их результирующая составляющая суммируется с ошибкой регулирования по основному контуру в промежуточном суммирующем устройстве СУ1.

Для обеспечения требуемого быстродействия системы меняют дополнительные обратные связи. Так дополнительная отрицательная обратная связь по положению исполнительного механизма отключает регулятор после его определенного перемещения, не дожидаясь достижения регулируемой величиной заданного значения. При восстановлении заданного значения регулируемой величины одновременно через дополнительную обратную связь xд уменьшается воздействие на регулятор отрицательной обратной связи xк.д по положению исполнительного механизма.

Дополнительные связи могут быть также между отдельными контурами регулирования. Примером таких систем управления являются автоматические системы регулирования температуры печи путем подачи в печь топлива и автоматические системы регулирования воздуха, подаваемого в печь и необходимого для сжигания топлива. Эти системы, как правило, для обеспечения оптимального соотношения «топливо-воздух» в переходных режимах имеют связи между контурами регулирования. Так, при изменении расхода топлива в регулятор расхода воздуха поступает корректирующий сигнал для соответствующего изменения расхода воздуха. В результате регулятор воздуха срабатывает до поступления отклонения регулируемой величины по главной отрицательной обратной связи своего контура, например, от измерительного устройства содержания свободного кислорода в дымовых газах.

В локальные системы автоматического управления технологическим процессами кроме устройств автоматического регулирования входят устройства технологического контроля, защиты, блокировки и дистанционного управления отдельными исполнительными механизмами и регулирующими устройствами.

Типовые структуры локальных систем управления объектом автоматизации могут быть в частных случаях одноуровневыми, одноуровневыми централизованными и одноуровневыми децентрализованными и многоуровневыми.

Одноуровневыми системами автоматического управления называют системы, в которых управления объектом осуществляется из одного пункта управления или их нескольких самостоятельных. Одноуровневые системы, в которых управления осуществляется из одного пункта управления, называют централизованными. Одноуровневые системы, в которых отдельные части сложного объекта управляются из самостоятельных пунктов управления, называют децентрализованными.

Одноуровневые централизованные системы применяются в основном для управления относительно несложными объектами или объектами, расположенными на небольшой территории. Однако с помощью одноуровневых систем не всегда возможно оптимально решить вопросы управления технологическими процессами. Это в первую очередь относится к сложным технологическим процессам, состоящим из нескольких технологически связанных комплексов и установок. К этом случае целесообразно переходить к многоуровневым системам управления.

Локальные АСУ ТП, объединенные в узловые системы по функциональному признаку, совместно участвуют в управлении общим для всего узла технологическим параметром. Наиболее характерным примером такой АСУ ТП являются системы регулирования скорости, толщины, натяжения полосы в листовых прокатных станах. Каждый из параметров формируется клетями стана. К узловым АСУ ТП можно отнести различные типы копировальных агрегатов (станки, автоматы).

В этих системах комплекс технологических объектов подчинен общим технологическим закономерностям, в связи, с чем здесь не могут применяться локальные системы различной производительности. Построение такого узла исходит из единой для всех объектов заданной производительности.

Таким образом, ЛСАУ ТП представляют собой комплекс технических средств информационного, математического и программного обеспечения для управления технологическими объектами, который обеспечивает оптимальный при данной структуре и технических средствах уровень автоматизации сбора и переработки информации для формирования управляющих сигналов и передачи их без потерь и искажения на исполнительные механизмы в целях достижения наиболее эффективной работы технологического объекта управления в целом.

Лекция 3

Объекты управления.

В общем случае термин «объект управления» означает систему (техническую, биологическую, социальную), в которой протекает управляемый процесс.

В качестве материально осязаемых объектов управления могут выступать: деталь, станок, паровой котел, двигатель, автоматическая линия, прокатный стан, доменная печь, корабль, буровая установка, железнодорожная сортировочная точка, производственный участок, служащий и многие другие.

Примерами неосязаемых (абстрактных) объектов управления могут служить название работы, технологического процесса, структурного подразделения, реклама и многие другие.

В большинстве случаев объект управления можно представить обобщенной схемой, изображенной на рис. 1.

- управляющее воздействие, задающее качественные показатели и количественные характеристики управляемому процессу.

- детерминированные и случайные возмущающие воздействия, нарушающие ход управляемого процесса в нежелательном направлении.

- выходная величина системы (управляемая переменная), желаемое значение или состояние которой достигается в процессе управления.

Пользуясь методологией системного анализа, объект управления можно рассматривать как систему, в которой необходимо управлять энергетическими и (или) информационными потоками, пространственными координатами, количеством и качеством материальных потоков и т.д.

В любом объекте существует определенная функциональная зависимость выходных величин объекта от управляющих и возмущающих воздействий, т.е.

, (1)

где - оператор управления.

Основная задача управления объектом состоит в том, чтобы, исходя из цели автоматизации и физической природы объекта, возможно точнее определить и синтезировать технические средства для реализации этой цели.

Наиболее сложной задачей является определение оператора управления, так как это непосредственно связано с получением необходимой априорной (начальной) информации об объекте, т.е. для этого необходимы количественные характеристики и качественные показатели объекта. Для получения таких характеристик объекта проводится их математическое описание (идентификация) и классификация. Необходимо отметить, что по некоторым вопросам классификации и идентификации объектов пока нет общепринятых концепций и установившейся терминологии, поэтому в дальнейшем придерживаются методологии системного подхода, получившего развитии в АСУ ТП.