- •Гоу впо Кубанский государственный технологический университет
- •Пугачев в.И.
- •Рецензенты:
- •Isbn © Пугачев в.И., 2010
- •1.2 Основные элементы сау
- •1.4 Замкнутые и разомкнутые сау
- •1.5 Статика и динамика регулирования
- •3.2 Типовые звенья сау
- •Апериодическое звено
- •3.3 Основные законы регулирования
- •4.2 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица
- •4.3 Частотный критерий устойчивости Михайлова
- •4.4 Критерий устойчивости Найквиста - Михайлова
- •4.5 Устойчивость сау с запаздыванием
- •5.3 Граница устойчивости и область устойчивости в плоскости одном и двух параметров
- •6.2 Интегральные оценки качества сау
- •7.2 Введение интеграла в закон регулирования
- •7.3 Создание инвариантных сау
- •7.4 Создание комбинированных сау
- •8 Цифровые системы управления
- •8.1 Способ управления с помощью эвм
- •8.2 Решетчатые функции и разностные уравнения
- •8.3 Дискретная передаточная функция
- •8.4 Получение оригинала по -преобразованию.
- •8.5 Цифровые аналоги типовых законов управления
- •8.6 Анализ цифровых систем управления
- •8.7 Анализ устойчивости цифровых систем.
- •9 Нелинейные системы
- •9.1 Основные типы нелинейностей
- •9.2 Устойчивость нелинейных систем
- •Общие положения об устойчивости нелинейных систем
- •9.3 Устойчивость релейных систем
Федеральное агентство по образованию
Гоу впо Кубанский государственный технологический университет
(КубГТУ)
Кафедра автоматизации производственных процессов
Факультет Компьютерных технологий и автоматизированных
систем
Пугачев в.И.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Учебное пособие для студентов всех форм обучения химико-технологических специальностей
Краснодар,
Издательство КубГТУ,
2010
УДК 65.011.56
ББК 32.965
Пугачев В.И. Сиситемы управления технологическими процессами Учеб. пособие/. Кубан. гос. техн.ун-т. Краснодар. : Изд. КубГТУ, 2010.
–191 с.
Рассмотрены основные понятия и определения, используемые при проектировании и эксплуатации АСУ ТП, вопросы, связанные с анализом непрерывных линейных и дискретных (цифровых) систем, особенностями нелинейных систем. Приведены сведения из теории линейных непрерывных, дискретных и нелинейных систем управления, принципов действия измерительных приборов, проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Предназначены для студентов всех форм обучения химико-технологических специальностей, изучающих дисциплины СУХТП, АСУ ТП при выполнении лабораторных, курсовых работ и дипломных проектов.
Ил. 114. Табл. 4, Библиогр: 7 назв.
Рецензенты:
декан факультета очного образования Института нефти, газа, энергетики и безопасности (ИНГЭ и Б) д.т.н. профессор Гапоненко А.М
канд.техн.наук, заместитель директора по науке, зав. лабораторией
автоматизации Кубанского филиала “ ВНИЗ” Ю.Ф. Марков.
© ГОУ ВПО «КубГТУ», 2010
Isbn © Пугачев в.И., 2010
СОДЕРЖАНИЕ
|
Содержание………………………………………………… |
3 |
1 |
Основные понятия теории автоматического управления . |
5 |
1.1 |
Введение …………………………………………………… |
5 |
1.2 |
Основные элементы САУ………………………………... |
6 |
1.3 |
Классификация САУ ……………………………………... |
7 |
1.4 |
Замкнутые и разомкнутые САУ.……….…………….. |
9 |
1.5 |
Статика и динамика регулирования ……………... |
10 |
2 |
Математические модели элементов САУ ……………. |
11 |
2.1 |
Методика составления уравнений динамики объектов регулирования ………………………………………… |
11 |
2.2 |
Исполнительные механизмы и регулирующие органы САУ………………………………………………………. |
20 |
3 |
Основные характеристики простейших звеньев ……… |
23 |
3.1 |
Типовые входные сигналы …………………………… |
23 |
3.2 |
Типовые звенья САУ ………………………………… |
26 |
3.3 |
Основные законы регулирования …………………… |
33 |
4 |
Устойчивость систем управления …………………… |
37 |
4.1 |
Общие положения об устойчивости …………………… |
37 |
4.2 |
Алгебраический критерий устойчивости Гурвица……… |
39 |
4.3 |
Частотный критерий устойчивости Михайлова ………… |
40 |
4.4 |
Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова………… |
43 |
4.5 |
Устойчивость САУ с запаздыванием ……………….. |
46 |
5 |
Анализ линейных САУ …………………………………. |
48 |
5.1 |
Структурные преобразования САУ ……………………. |
48 |
5.2 |
Ошибки и их составляющие в САУ …………………… |
48 |
5.3 |
Граница устойчивости и область устойчивости в плоскости одного и двух параметров ……………………... |
50 |
6 |
Косвенные критерии качества САУ ……………….. |
52 |
6.1 |
Оценка качества САУ по расположению корней …. |
52 |
6.2 |
Интегральные оценки качества САУ ……………… |
54 |
7 |
Улучшение качества САУ ………………………….. |
57 |
7.1 |
Введение производной в закон регулирования ….. |
57 |
7.2 |
Введение интеграла в закон регулирования …........ |
59 |
7.3 |
Создание инвариантных САУ ……………………… |
61 |
7.4 |
Создание комбинированных САУ…………………. |
62 |
8 |
Цифровые системы управления…………………….. |
64 |
8.1 |
Способ управления с помощью ЭВМ………………. |
65 |
8.2 |
Решетчатые функции и разностные уравнения……. |
66 |
8.3 |
Дискретная передаточная функция…………………. |
69 |
8.4 |
Получение оригинала по -преобразованию……… |
70 |
8.5 |
Цифровые аналоги типовых законов управления…. |
72 |
8.6 |
Анализ цифровых систем управления………………. |
75 |
8.7 |
Анализ устойчивости цифровых систем……………… |
78 |
9 |
Нелинейные системы…………………………………… |
81 |
9.1 |
Основные типы нелинейностей……………………….. |
81 |
9.2 |
Устойчивость нелинейных систем……………………. |
85 |
9.3 |
Устойчивость релейных систем………………………. |
87 |
9.4 |
Линеаризация релейных систем………………………. |
93 |
10 |
Измерительные приборы………………………………. |
99 |
10.1 |
Пружинные манометры………………………………… |
101 |
10.2 |
Устройства для измерения расхода……………………. |
104 |
10.3 |
Приборы для измерения температуры………………… |
113 |
10.4 |
Приборы для измерения уровня……………………….. |
129 |
10.5 |
Газоанализаторы………………………………………… |
135 |
10.6 |
Анализаторы для нефти…………………………………. |
142 |
10.7 |
Плотномеры……………………………………………… |
147 |
10.8 |
Измерители вязкости……………………………………. |
155 |
10.9 |
Оптические анализаторы……………………………….. |
158 |
10.10 |
Приборы для измерения концентрации водородных ионов………………………………………………………… |
164 |
11 |
Проектирование систем управления…………………… |
165 |
11.1 |
Основные положения……………………………………. |
166 |
11.2 |
Общие правила выполнения схем автоматизации…….. |
166 |
11.3 |
Изображение технологического оборудования………… |
174 |
11.4 |
Изображение комплекса технических средств………… |
174 |
11.5 |
Изображение линий связи………………………………. |
175 |
11.6 |
Позиции и позиционные обозначения приборов, средств автоматизации и электроаппаратуры…………. |
178 |
12 |
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)…………………………… |
178 |
12.1 |
Задачи автоматизации…………………………………… |
178 |
12.2 |
Основные функции АСУ ТП……………………………. |
180 |
12.3 |
Состав АСУ ТП………………………………………….. |
183 |
12.4 |
Устройства связи с объектом (УСО)……………………. |
185 |
12.5 |
Задачи оптимального управления технологическими процессами……………………………………………….. |
187 |
|
Литература………………………………………………… |
190 |
1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Введение
Теория автоматического управления есть наука, разрабатывающая
принципы управления системами и необходимые для этого средства, методы анализа и синтез этих систем. Управление стало проникать в сферу социальной деятельности человека.
Принципиально новый оттенок теории автоматического управления придали вычислительные машины. Развившись самостоятельно, они стали постепенно входить составной частью в сложные автоматические системы.
Теория управления в настоящее время стала составной частью и техническим фундаментом науки ХХI века - технической кибернетики, главную сущность которой составляет всеобъемлющая теория управления живой и неживой природой.
Кроме умения ставить задачу по жизненным явлениям, т.е. уметь формализовать жизненную ситуацию в данной области науки и техники, инженер должен уметь решать неспецифические задачи (задачи, связанные с добыванием информации, ее хранением, умением сотрудничать с людьми, распределять функции между ними, управлять человеческими коллективами, производственными процессами).
Хотя принципы управления человеческими коллективами и производственными процессами имеют свои специфические особенности, однако они имеют и много общего. Поэтому, изучая курс «Системы управления технологическими процессами», специалист получает интересную информацию, которую можно использовать в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. Широкое внедрение в производство автоматизированных систем управления требует от инженера более высокой обшей культуры и особенно по вопросам управления.
Управление с применением ЭВМ можно рассматривать как совокупность организационных, методических и технико-экономических решений для осуществления воздействий на управляемый объект с целью поддержания или улучшения его функционирования.
Для осуществления управления необходимо иметь:
а) цель управления;
б) ресурсы для обеспечения работы управляемых объектов;
в) органы управления, обладающие правом изменять или перераспределять ресурсы с целью достижения цели управления.
Природа системы может быть различна, но во всех случаях в ней можно выделить управляющую часть, управляемый комплекс процессов или объектов, контрольно-измерительные и задающие устройства.
Процесс управления заключается в том, чтобы из множества состояний, которые может принимать система, выбрать наиболее рациональные с точки зрения поставленной цели. В частном случае задача сводится к стабилизации управляемого объекта, когда необходимо скомпенсировать все внешние и внутренние возмущения.
В условиях современной экономики автоматизация является одним из главных направлений технического процесса, она является основой правильного выбора решения (управления), организации труда.