4. Структурный анализ сар

Представление разнообразных элементов автоматики в виде ограниченного числа динамических звеньев позволяет оценивать поведение САР на основе анализа их структурных схем.

Структурной схемой САР называется схема, которая отражает число и тип динамических звеньев, характер связей между ними и служит для исследования динамических свойств системы.

В результате на основании передаточных функций отдельных динамических звеньев становится возможным определить передаточную функцию всей системы в целом. На структурной схеме типовое динамическое звено условно изображается в виде прямоугольника с указанием передаточной функции внутри него. Направления передачи сигналов обозначаются стрелками.

Соединяться между собой динамические звенья могут лишь тремя способами:

Последовательное соединение

W = W₁ × W₂ .

Рис. 1.8. Последовательное соединение звеньев

Параллельное соединение

W = W₁ + W₂

Рис. 1.9. Параллельное соединение звеньев

Соединение с обратной связью (встречно-параллельное)

Рис. 1.10. Встречно-параллельное соединение звеньев

Примечание. Знак "+" берется при встречно-параллельном соединении звеньев с отрицательной обратной связью, знак "–" берется при встречно-параллельном соединении звеньев с положительной обратной связью.

5. Качественные показатели сар

Требования, предъявляемые к САР можно разделить на четыре группы:

1. требования к запасу устойчивости системы;

2. требования к величине ошибок в установившемся состоянии, т.е. к статической точности регулирования;

3. требования к поведению системы в переходном процессе (условия качества регулирования);

4. требования к динамической точности системы, т.е. к величине ошибок при наличии непрерывно изменяющихся воздействий.

Устойчивость САР является необходимым условием работоспособности системы. При этом требование устойчивости должно удовлетворяться с некоторым запасом, таким образом, чтобы возможное изменение параметров САР в процессе работы не привели ее в неустойчивое состояние.

Статическая точность регулирования оценивается статической ошибкой – разностью между заданным значением и фактически установившимся значением регулируемого параметра по окончанию процесса регулирования:

Поведение САР в переходном процессе, вызванном типовым воздействием, характеризуется показателями качества регулирования:

1. Время регулирования (длительность переходного процесса) τ_ПЕР – время, по прошествии которого рассогласование становится меньше 5% от заданного значения.

Рис. 1.11. Кривая переходного процесса и показатели качества регулирования.

2. Перерегулирование σ –

Допустимым считается перерегулирование до 50 %.

3. Число колебаний за время регулирования N_РЕГ . Допустимым считается не более 3 колебаний.

6. Классификация объектов регулирования

Основными укрупненными элементами любой САР являются объект регулирования и автоматический регулятор.

Объектом регулирования называется технологический процесс вместе с техническим оборудованием, в котором он протекает.

Под объектами регулирования следует понимать технические аппараты, машины с протекающими в них процессами типа:

• производственные процессы переработки материальной продукции;

• энергетические процессы выработки, преобразования и передачи

энергии;

• транспортные процессы перемещения в пространстве материальной

продукции.

С позиций ТАР объект регулирования (далее объект) рассматривают

как динамическое звено с передаточной функцией W_О .

Рис. 1.12. Объект регулирования как динамическое звено

Замечание. Объект регулирования представляет устройство, преобразующее по определенному закону свои входные сигналы в выходные, т.е. объект описывается определенным, как правило, дифференциальным уравнением вида: y = f(x).

При решении практических задач в ТАР различают следующие типы объектов:

1. Простые – описываются алгебраическими или дифференциальными уравнениями не выше II-го порядка, т.е. такие объекты являются типовыми динамическими звеньями.

2. Сложные – описываются дифференциальными уравнениями высоких порядков.

3. С сосредоточенными параметрами – регулируемая величина имеет одинаковое значение во всех точках технологического аппарата (например, давление газа в емкости) - описываются дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами.

4. С распределенными параметрами – регулируемая величина в разных точках технологического аппарата имеет неодинаковые значения (например, температура в ректификационной колоне) – описываются дифференциальными уравнениями в частных производных.

Почти все промышленные объекты относятся к сложным объектам с распределенными или сосредоточенными параметрами. Однако, при решении практических задач, сложные объекты искусственно разделяют на систему из конечного числа простых объектов с одним регулируемым сосредоточенным параметром – регулируемые участки.

Замечание. Большинство таких регулируемых участков, не зависимо от природы протекающих в них процессов, описываются уравнением интегрирующего либо инерционного звена.

Разнообразие технического оборудования и технологических процессов, которые подвергаются автоматизации чрезвычайно велико. Изучение в отдельности всех этих многочисленных процессов и разнообразного оборудования, отличающихся по природе, конструкции, режиму работы и т.д. с целью нахождения для каждого регулируемого участка оптимальной схемы регулирования и регулятора – задача невыполнимая. В ТАР исследуют обобщенные свойства регулируемых участков:

• инерционность;

• запаздывание;

• устойчивость.

Замечание. Дифференциальное уравнение регулируемого участка отражает его физические свойства. Все участки, которые описываются аналогичными дифференциальными уравнениями, имеют аналогичные динамические и статические свойства, независимо от физической природы участка, процесса протекающего в нем, его входа и выхода.