3.22. Виды и сущность графического представления систем управления.

Система – совокупность элементов, которые опред-м образом связаны между собой или взаимодействуют друг с другом и образуют целостность или единство. Системы управления – такие системы, которые выполняют все необходимые целенаправленные воздействия для нормального хода процесса на определенном участке этого процесса или агрегате. Указанные целенаправленные воздействия в системе могут выполняться с участием или без участия людей. В последнем случае система является автоматической (САУ - система автоматического управления). Применение автоматических или автоматизированных систем зависит от их масштабов (иерархии). На высоких иерархических уровнях характерны автоматизированные системы, т.е. в них вместе с тех.средствами работают люди. При решении локальных задач управления чаще всего применяется автоматическая техника без участия человека. Такое управление осуществляется локальными автоматическими системами (на соврем.объектах их десятки и даже сотни). Такие системы стабилизируют конкр.показатели качества продукции. Каждый новый объект в технике и, в частности, в металлургии, отличается уровнем автоматизации. Графически системы представляют в виде блок-схем различных типов (наиб распространенные –функциональные и структурные).

Графическое представление –это наиб удобная и распространенная форма системы управления.

Функц-я блок-схема-сов-ть эл-тов, выполняющих опред функции: программных устройств, датчиков, усилителей, преобразователей и др.

Функциональная блок-схема автоматики – графическое представление функцион. эл-тов со связями между ними.

Т.е. функцион. блок-схема в графическом виде иллюстрирует физич. принцип работы системы.

Представим ее в стандартном(типичном) виде:

прямая связь

ПУ

П

ИУ

ОУ

Х_з ЭС ∆Х

Д

∆Х 0 Х_д обр.связь

Х_д= Х_з

УЧ или стр-ра с-мы управления

Рис. ФБС системы управления,

где ПУ - программное устройство;Пр-преобразователь; ИУ-исполнит. устройство, ЭС - элемент сравнения; ОУ-объект управления; Д-датчик; УЧ-управляющая часть;Х_з-заданная вел-а, Х_д-действит.вел-а, ∆х-рассогласование.

Программн.устройство – задает в определенной форме требуемый закон изменения во времени регулир-х или управ-х параметров, выдает величину Xпр, которую система должна обеспечит и передает соответствующий сигнал последующему эл-ту. ПУ выдает с опред. периодичностью заданное значение регулируемого параметра.

Элемент сравнения – воспринимает сигналы датчика и ПУ, сравнивает их, вырабатывает сигнал отклонения или рассогласования (∆= Хпрограм – Хфактич) и передает его последующему эл-ту. Рассогласование так воздействует на последующие элементы, чтобы Хпрограм=Хфактич и тогда ∆=0. Система работает на устранение рассогласования. В системе есть цепь прямой связи и обратной. Такие системы называются замкнутые.

Преобразователь – это одно из весьма разнообразных устройств, кот могут усиливать сигнал(усилитель), менять его физ. сущность(преобразователь, напр. перемещение в напряжение, дискретн. сигнал в непрерывн. аналоговый) для того, чтобы этот сигнал смогло воспринять ИУ, т.е.воспринимает сигнал от предыдущего эл-та и передает последующему.

Исполнительное устройство– выходной эл-т управляющей части системы. Он реализует сигналы согласования так чтобы действит Х_{д параметр стал равным заданному} Х_з.

Элемент обратной связи (ЭОС) – Сигалы через этот элемент идут противоположно основным сигналам: от выхода системы ко входу (т.е. вх сигнал-есть выходной сигнал системы и наоборот).Этот элемент обеспечивает как бы замыкание цепи управления.

Датчик – реагирует на значение регулир-го управ-го параметра, преобразует его нужным образом, выдает фактическое значение величины и передает последующему эл-ту.

Пример: Управление положением верхнего валка(это положение диктует реализуемое обжатие в данном проходе. По проходам толщина прокатанной полосы уменьшается и верхний валок постепенно опускается. Указанное перемещение осуществляется с помощью привода нажимного механизма прокатной клети(гидравлич, механич).Т.о. идет управление зазором между валками. Оно осуществляется с помощью привода нажимного механизма)) реверсивной прокатной клети, т.е. управление нажимным мех-змом прокатной клети, когда Х_диХ_з – положение верхнего валка.

Рассмотрим конкретный смысл сигналов управления в этом случае.

ПУ

С начала подается номер прохода. По этому сигеналу ПУ выдает тольщину заданную для этого прохода. Эта толщина пошла на элемент сравнения. На выходе ЭС появляется сигнал рассогласования ∆. Далее система управления обеспечивает функцию Х_д= Х_з ,∆Х 0. Для этого преобразованный должным образом сигнал рассогласования∆ подается на ИУ. ИУ подает сигнал на нажимной механизм, а последний перемещает валок. Т.о. ФБС раскрывает физ принципа работы системы(ее сущность работы).

По этой схеме можно количественно оценить важные параметры работы системы управления, напр время, за кот должно быть устранено рассогласование(напр., время установки должно быть = времени возврата раската реверсивной клети) и т.д.

Но эта схема не позволяет оценить динамические характеристики системы управления: время переходного процесса, вид кривой переходного процесса и т.д. Более информативными являются структурные блок-схемы.

Структурная блок-схема – это графич. представление системы в виде набора динамических, или структурных звеньев, т.е. количественное описание динамики. является более сложной.

ДЗ 1

ДЗ 2

ДЗ 3

обр.связь

где – входная вел-на зав-т от времени; – выходная вел-на зав-т от времени;ДЗ- элементарное динамич. Зв(ЭДЗ).

ЭДЗ - часть системы, переходный процесс в которой описывается диф. уравнением не выше второго порядка. Переходный процесс – изменение выходной величины во времени, когда входная величина меняется от старого установившегося значения до нового. Известны правила по кот структурную схему можно обобщить единым сложным звеном. В блоках структурной схемы принято записывать диф.уравнение переходных процессов. Совокупность диф.уравнений всех звеньев дает описание переходного процесса в целом или математическая модель системы. Т.о. структур. Блок-схема фактически представляет собой математический модель системы, т.е. дифференциальное уравнение всей системы. В представленном примере общее диф. Ур-е будет 4-го порядка. Структурная блок-схема помогает получить матем. модель и рассчитывать динамику работы системы, т.е. в конечном счете структурная схема дает нам динамическое описание движения схемы или ее мат модель.