1.2.7. Понятие о статистических методах определения динамических характеристик объекта

В статистических методах определения динамических характеристик объекта управления предполагается, что входной и выходной сигналы объекта представляют собой реализации случайных процессов. В связи с этим их обработка должна производиться статическими методами. При этом входной сигнал может быть либо искусственно сформирован от генератора шума, либо быть естественным шумовым компонентом в условиях нормальной эксплуатации объекта.

Пробный входной сигнал должен содержать в своем спектре множество гармоник со случайной амплитудой и фазой. Это позволяет ускорить процесс определения параметров объекта управления. При этом необходимо, чтобы входной сигнал был достаточно спектрально насыщен, т. е. имел как низко-, так и высокочастотные составляющие. Этому требованию удовлетворяет сигнал типа "белого шума". Но в реальных условиях такой сигнал не воспроизводим, поэтому ограничивают частотный спектр случайного сигнала, примером которого является псевдослучайный двоичный сигнал - ПСДС. Генератор шума настраивают таким образом, чтобы он генерировал множество гармоник, оценивающих наиболее существенный участок АФХ объекта управления. Входной и выходной сигналы объекта квантуют по времени и полученные массивы данных вводят в ЭВМ. Предварительно происходит обработка этих массивов путем их центрирования, когда из текущего массива данных вычитается его среднее значение, и путем отбеливание, в результате которого из выходного сигнала исключаются явные шумовые составляющие не несущие информации.

По полученным массивам входных и выходных данных определяют автокорреляционную и взаимокорреляционную функции. Корреляционные функций характеризует тесноту вероятностной связи между двумя соседними ординатами процесса, сдвинутыми на время , где . Зная корреляционные функции по ним находят соответствующие спектральные плотности и . Спектральная плотность характеризует распределение дисперсии амплитуд гармонических составляющих соответствующих сигналов. Зная спектральные плотности можно определить модуль частотной передаточной функции объекта, используя соотношение

2. Автоматические регуляторы и их настройка

2.1. Общие сведения о промышленных системах регулирования

Производственные процессы характеризуются множеством регулируемых величин: температурой, давлением, расходом, концентрацией и т. д., которые называются параметрами процесса. Чтобы технологическое оборудование работало в требуемом режиме, то есть с высоким КПД, с заданной производительностью, давало продукцию необходимого качества и работало надежно, необходимо поддерживать величины, характеризующие процесс, в большинстве случаев постоянными. Эта важнейшая задача возложена на промышленные системы автоматического регулирования и стабилизации технологических процессов.

Промышленные системы регулирования занимают второй уровень современных иерархических систем управления технологическими процессами. Их главная задача состоит в том, чтобы стабилизировать технологические параметры на заданном уровне. Этим занимаются системы автоматической стабилизации. В этих системах сигнал задания (уставка регулятора) остается постоянным в течении длительного времени работы. Другой, не менее важной задачей, является задача программного управления технологическим агрегатом, что обеспечивает переход на новые режимы работы. Решение этой проблемы осуществляется с помощью той же системы автоматической стабилизации, задание которой изменяется от программного задатчика. В современных технологических комплексах имеются сотни и тысячи контуров регулирования, от качества работы которых во многом зависит качество выдаваемой продукции. Поэтому для большинства промышленных САР необходима достаточно высокая точность их работы При этом главное назначение системы стабилизации - это компенсация внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления. Структурная схема одноконтурной САР промышленным объектом управления приведена на рис. 2.1. Основными элементами ее являются: АР - автоматический регулятор, УМ - усилитель мощности, ИМ - исполнительный механизм, РО - регулируемый орган, СОУ - собственно объект управления, Д - датчик, НП - нормирующий преобразователь, ЗД - задатчик, ЭС - элемент сравнения.

Рис. 2.1. Структурная схема САР промышленным объектом управления.

Обозначение переменных: - задающий сигнал, e - ошибка регулирования, - выходной сигнал регулятора, - управляющее напряжение, h - перемещение регулирующего органа, - расход вещества или энергии, F - возмущающее воздействие, T - регулируемый параметр (например температура), - сигнал обратной связи (выходное напряжение или ток преобразователя).

Характерной особенностью схемы является наличие нормирующего преобразователя НП, обеспечивающего работу автоматического регулятора со стандартными значениями тока (0-5 mA) или напряжения (0-10 В). Нормирующий преобразователь выполняет следующие функции:

1. преобразует нестандартный входной сигнал (mB) в стандартный выходной сигнал;

2. осуществляет фильтрацию входного сигнала;

3. осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика с целью получения линейного диапазона;

4. применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая термопары.

Рис. 2.2. Расчетная схема САР промышленным объектом управления.

Для расчетных целей исходную схему упрощают до схемы, показанной на рис. 2.2, где АР - регулятор, ОУ - объект управления. Здесь под объектом управления уже понимается неизменяемая часть системы, состоящая из преобразователей сигналов, исполнительного механизма, регулирующего органа, собственно объекта управления и датчика.