Основни понятия и определения

Основи на автоматичното теория на управлението

Основната цел на информация за поддръжка на системи за управление - създаване на динамична информация модел на обекта, което отразява текущото му състояние или предишни времена.

Техническо управление (процес) на обекта обикновено е да се разработи екипи, изпълнението на които осигурява целенасочена промяна на състоянието на обекта в съответствие с определени изисквания и ограничения.

В зависимост от нивото на производство автоматизация под контрол обект (ОВ) означава отделен апарат, машината, сглобяването, процес областта, технологичната линия или растението.

Състояние на обекта във връзка с целите на управление, определени от настоящите стойности на редица промени в управлението, които се наричат ​​контролирани променливи на обекта.

Въздействие получени само от външната среда и водят до нежелани отклонения на контролираните променливи, наречени смущаващи влияния или смущения.

Променете зададена величина в съответствие с целите на контрол, например, да ги поддържа на постоянно ниво, чрез подаване на обекта за по специално организирани контролни действия.

Контрол се извършва без човешка намеса, наречен автоматично. техническо средство, в този случай изпълнява контролни функции, - автоматично устройство за управление или контролер (контрольор). контрол на обекта и контролер в общуването помежду си образуват автоматична система за контрол.

В този процес, контролерът получава информация за настоящите цели на управление, сегашното състояние на обекта за контрол и околната среда на нейното функциониране. В съответствие с получената информация, контролерът генерира действията за контрол на обекта, така че е постигнат целта за управление.

Схематично представяне на отделните елементи на системата (обикновено правоъгълник) и ефекти като вектори, действащи на системата от външната среда, наречена блокова диаграма на система за автоматично управление. По отношение на функциите, изпълнявани от елементите на системата, всяка система за контрол съдържа най-малко два основни елемента: успяха обекта, който протича технически (технологии) процес и контролер, изпълняващо функцията за контрол на процеса (фигура 1.1а). А система, която има такава структура може да е действаща само ако са изпълнени следните условия: за контрол на обекта не се повлиява от сътресения, математически модел на обекта е известен с всеки един момент от време, желания контрол на управляващия алгоритъм може да се прилага с необходимата точност. Нарушаването на най-малко едно от тези условия води до отклонение на контролирано количество от желаната стойност. За да избегнете това, да се въведе допълнителен информационен канал, на който контролерът получава информация за действителната стойност на контролирания количество - обратна връзка. Това позволява появата на контролирано количество от желаната стойност отклонение контролера да изпълнява допълнителна промяна в контролната действие към обекта, който се появява за премахване на отклонение (Фигура 1 b).

Фиг. 1.1 - Прости системи за управление диаграми: А - пряк контрол; б - контрол с обратна връзка (за отхвърляне), тук:

х - контрол действието на регулаторния орган, в - - зададена стойност, XP контролирано променлива, # 955; - смущението; KH - контролер ON - за контрол на обекта.

Канал, на която изходната стойност на контролирания количеството на информацията на системата, предава към входа на контролера се нарича канал за обратна връзка. Системата за обратна връзка е затворена верига, обаче, тези системи се наричат ​​затворени системи за управление (Fig.1.1 б). Следователно, системата за контрол, без обратна връзка се нарича система за контрол на отворен контур (фиг. 1.1а).

В зависимост от естеството на референтния сигнал (позоваване променлива) система за контрол може да бъде разделен на три типа:

1. Стабилизиране. ако референтната променливата не се променя с течение на времето.

2. Софтуер за управление. Ако заданието е известен предварително (детерминирана) функция на времето.

3. Зависим контрол или проследяване. Ако заданието е дефинирано в бъдещата функция на времето.

Управление нарича непрекъснат. ако промяната в контролната дейност, извършвана от контролера се извършва в непрекъсната зависимост от променливата на климата, управление и регулираната променлива. Ако периодично контрол поема контрола действие само всеки един от няколко възможни стойности (в границата - само две стойности) или се генерира от контролера в дискретни.

Дискретен контрол се прилага, когато управляващият алгоритъм има характер на логическите условия; В този случай, логиката на управление се нарича. контрол Logic най-често се използва в режим на старт или стоп технически обект, когато това е необходимо в определена последователност да се приемат някои двигатели, механизми, устройства. На практика управлението на сложни технически (технологични) Предмети на непрекъснати и дискретни контроли се използват заедно.

Като цяло, от цялостния контрол проблем изолиран задача за премахване на ефекта върху целта на действията по изпълнение на контрола възрази неконтролирани смущения и грешки, възникнали при прилагането на техническото устройство на управляващия алгоритъм. Този проблем е решен в затворено структурата на системата за контрол, която се нарича подсистемата за автоматично управление. В резултат на разделяне на контролните функции на контролера на системата е йерархична класиране два блока:

- регулиране единица, осъществяване на контролни функции; той обикновено се нарича автоматичен регулатор или регулатор;

- командния модул, който генерира команда ефекти върху регулатора, така че е било постигнато на целите на контрола.

(. Фигура 1.2) счита Системата за управление може да се разглежда на две нива: първата (нисш) ниво представлява подсистема регулиране; второ - команден блок, и като обект изпълнява подсистема регулиране. Този вид на две нива системи (многостепенно) контролни структури се наричат ​​йерархични структури на системите за контрол.

Fig.1.2 - диаграма на система за контрол на две нива: KB - команден блок P - регулатор, ON - регулиране обект х - задача, ф - манипулирани променлива, у - контролирана променлива, ч - регулиране ефект, # 949; р - грешка сигнал, # 955; - смущения.

Сигналът за грешка е функция на времето: # 949, стр (т) = х (т) - г (T).

В предишните схеми непълна информация за състоянието на системите за контрол на обекта се дължи на факта, че администраторът контролира само за контрол на отклонението, като краен резултат от действието на различни смущения на контролирана система. Системата за контрол схема, в която контролерът получава допълнителна информация за промяната в нарушение # 955; а (т), показана на Фигура 1.3:

Фиг. 1.3. - Схемата за автоматично управление на компенсацията система смущения или комбинирани.

Тук е посочено HF - блокира компенсация на смущения # 955; да - офсет възмущение. Такива системи се наричат ​​системи за управление с нарушения или комбинирани компенсация.

Системи с множество затворени контури наречените мулти-цикъл. Практиката на автоматизация в някои случаи приемливо качество на регулирането се постига и в отсъствието на командния блок, т.е. х (т) = ф (т). Системи с един затворен контур се нарича единична верига.

Целта на този процес се нарича регулиране апарат, монтаж или машина, в който процеса на регулиране на един или повече физически параметри. Контролираното променлива или регулируем параметър нарича физическа величина (температура, налягане, поток, нивото и т.н.), които стойност трябва да се поддържа постоянна или променена от програмата. На въздействието на законодателството, посочено въздействието върху обекта на регулиране от страна на регулатора.

Обекти регулиране характеризиращ се с това, че непрекъснато преминава през него вещество или енергия. Размерите на материали или енергия, преминаващ през обекта или изтеглени от даден обект, наречен товара. промяната води натоварване до промяна в начина на контролирания параметър; за поддържане на регулираната променлива при предварително определено ниво, е необходимо да се промени на притока на вещество или енергия за обект в съответствие с новата стойност на натоварване обект.

Капацитетът на контролирания обект е количеството, съдържащо се в него в даден момент от време веществото или енергия.

Най-неблагоприятните условия за регулиране се провеждат в миг (поетапно) дисбаланс между пристигането и скоростта на вещества или енергия регулиране съоръжението. Кривата който показва как контролирано променлива във времето т след внезапно смущение (промени) и от контролера, се нарича преходно отговор на кривата на обект или ускорение (фиг. 1.4).

Фиг. 1.4. Преходно отговор odnoemkostnogo обект

Някои обекти в нарушение на равенството и на притока на материя или енергия поток контролирана променлива взема нов, постоянен, без външна намеса. Такива обекти са в състояние да саморегулирането, те се наричат ​​статични. При обекти, които имат свойствата на самонивелиране, всяка промяна в контролния параметър няма неблагоприятен ефект върху притока или агенти поток (енергия), при което параметърът е непрекъснато разнообразна, такива обекти се наричат ​​астатична.

Преходно отговор odnoemkostnogo обект с самонивелиране е решение на диференциално уравнение:

- изходната стойност контролирано обект;

- стойност на входния променливата на контролирания обект;

В съответствие с горното, когато

в горното уравнение има смисъл преходно отговор и разтвор на в = 0 е от вида:

Преходно отговор е показано на фиг. 4 (б) .mozhet бъде приблизително от уравнението на функцията за трансфер

където: Т - времеконстанта;

функции на задвижването между входните и изходните сигнали - Р;

- изходната стойност контролирано обект;

- стойност на входния променливата на контролирания обект;

K - печалбата (предаване).

Реакцията на стъпка за odnoemkostnyh обекти (фиг.4) представлява експоненциално. Експонента има собственост в която допирателната съставен от всяка точка, се нарязва на линията, съответстваща на новия стационарно състояние стойност на контролирания параметър, идентични сегменти. Тези интервали от време T се наричат ​​времеконстантата на контролирания система. Физическо времеконстанта Т е както следва: за времето, през което параметър за настройка се променя по време на саморазливна с постоянна скорост, за да се промени от текущата стойност до стабилно (потенциал).

Друг стойност характеризиращи обект на контрол е коефициент. печалба к показва броя на промяната в контролирано параметър (изходната стойност) е по-голям от промяната на входния количество - регулаторни ефекти в прехода от едно стационарно състояние стойност на друг контролен параметър.

Автоматичната система за контрол на промяна на управляващия параметър не започва веднага, но след определен период от време след началото на смущението. Тя изисква определен период от време, преди разселването на регулатора. Започвайки изместване регулатор също не води до мигновен промяна на контролирания параметър. Това явление се нарича закъснението. Има два вида на забавяне: чисто закъснение и капацитет.

Net лаг (предаване, транспорт и разстояние) - времето, през което параметър за настройка след началото на смущението не се променя (Фигура 1.5 б).

Адаптер (капацитет) незабавно се среща в mnogoemkostnyh предмети, когато няколко контейнера са свързани последователно чрез различни резистентност (термична, хидравлични и други подобни), което води до забавяне на преминаването от един контейнер енергия или вещество в друга.

Обикновено, когато се определят преходни характеристики на контролирани системи работят от общото забавяне

където - докато чист забавяне;

- Забавянето на прехода.

Фиг. 1.5. Етап отговор на статичен обект със закъснение

Пример статичен обект с самонивелиране.

В стабилно състояние операция, при дадена доставка на гориво, налягането на парата в барабана на котела Rho (йо). Когато увеличението на гориво се увеличава и става равна на Р1 (йо), т.е. отново достигна стабилно състояние, но на различно ниво. Това ново положение на равновесие може да бъде постигната без контролера (фиг. 1.6).

Фигура 1.6. статичен крива обект ускорение. контролирана система на барабана на котела. Y - регулируемо количество от налягането на парата в барабана бойлер P. # 964; СК - забавяне на транспорта, # 964; подсвиркване - капацитивен забавяне, T0 - константно време ускорение, Тг - време за ускоряване на контролираната система.

Един пример на обект без самонивелиране може да бъде нивото на водата в барабана бойлер (фиг. 1.7). С драматичното увеличение на захранващата вода на котела барабан ниво (Н) се увеличава в барабана. Парна поток от котела остава непроменена, и притока на вода продължава, така ниво Н нараства.

Фиг. 1.7. ускорение крива астатична обект. контролирана система - на котелното тяло. Y - контролирана променлива, нивото на водата в барабана бойлер Н # 964; СК - забавяне на транспорта, # 964; подсвиркване - капацитивен забавяне, T0 - константно време ускорение, Тг - време за ускоряване на контролираната система.

стабилна работа на системата, без контрол е невъзможно за астатична обект.