Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ИМАУ.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
1.19 Mб
Скачать

Датчик

Сервомеханизм

Объект

Рис. 20. Общая функциональная схема СУ

Конкретные схемы систем автоматического управления могут отличаться от типовой схемы, приведенной на рис. 19. Часть устройств может отсутствовать или конструктивно объединяться в одном устройстве, возможно наличие дополнительных элементов. Функции корректирующих устройств могут выполнять цифровые и аналоговые вычислительные машины.

9. Декомпозиция систем управления

Часто при разработке систем автоматизации и управления сложными техническими объектами и процессами (в частности, при создании АСУТП) приходится решать задачу декомпозиции.

Основная цель декомпозиции - это разделение системы на части, имеющие меньшую сложность, с целью обеспечения условий для анализа и синтеза подсистем, для проектирования, построения, внедрения, эксплуатации и совершенствования систем управления.

Первой проблемой декомпозиции СУ является разделение системы на части с меньшим числом элементов и связей, т.е. с меньшим числом переменных величин. Обычно систему разделяют таким образом, чтобы подсистемы поддавались какой-либо классификации, например, по функциям управления, по иерархии управления и т.д. Это обеспечивает унификацию подходов к подсистемам. Связи рекомендуется расчленять как можно меньше для упрощения увязки подсистем между собой.

Необходимо учитывать естественную декомпозицию, которая находит свое выражение в существующей структуре управления, обязанностях должностных лиц, действующей документации и др. Одновременно следует критически оценивать ситуацию с учетов своих целей.

Довольно плодотворным способом является проведение многократной декомпозиции по нескольким разным направлениям. На каждом этапе декомпозиции элемент системы попадает в разные подсистемы. Этот подход позволяет лучше изучить систему с разных направлений.

АСУТП в целом должна быть спроектирована таким образом, чтобы все ее подсистемы имели свои локальные цели, выбранные в соответствии с общей целью системы. Как правило, такая цель, а также критерий функционирования и основные ограничения, накладываемые на работу АСУТП, формулируются в начале проектирования системы.

Второй проблемой является проблема декомпозиции критерия, т.е. нахождения критериев субоптимальности - критериев функционирования подсистем. Иногда она рассматривается как проблема конструирования критериев.

Еще одна проблема декомпозиции - оценка субоптимальности действия подсистем (степени отклонения получаемых результатов от оптимальной потребности системы в целом). Оценка отклонений позволяет найти пути сведения их к необходимому минимуму.

Важными проблемами являются также агрегатирование подсистем и выбор стратегии функционирования.

Существует также ряд проблем, связанных с надежностью функционирования подсистем, обменом информацией между ними и т.д.

Известные направления декомпозиции АСУТП позволяют выделить структурные, функциональные, этапные, поэлементные и другие подсистемы АСУ. В частности, под функциональными понимают подсистемы, соответствующие отдельным функциям управления: например, подсистемы контроля, стабилизации, оперативного управления.

Широко распространена декомпозиция на функциональные подсистемы по признаку управления операциями технологического процесса (рис. 21).

Уровни АСУТП

Исследование процесса

5

Оптимизация процесса

4

Программное управление процессом

3

Стабилизация процесса

2

Вывод процесса на режим

1

Технологический режим

Датчики

Исполнительные механизмы

0

Рис. 21. Типовые функциональные подсистемы АСУТП непрерывного типа

Рекомендуемые уровни автоматизации основных функций управления технологическими процессами представлены на рис. 22 - 23.

5. Формирование выходной информации

для персонала производства

для вышестоящих уровней управления

4. Оптимизация

технологического режима в статике

переходных

режимов

3. Оперативное управление

пуском и остановом оборудова-ния

измене-нием режима работы

выявле-нием аварийных ситуаций

Ликвида-цией аварийных ситуаций

2. Стабилизация

режимных

параметров

состава и свойств полупродуктов

временных интервалов (программное управление)

1. Контроль

техноло-гического режима

состава и свойств полупро-дуктов

качества продук-ции

состоя-ния оборудо-вания

запасов

Рис. 22. Структура функций контроля и управления производством

Локальная автоматика Централизованный АСУТП

контроль и управление

- ручное управление

- автоматизированное управление

- автоматическое управление

Рис. 23. Уровни автоматизации основных функций управления

технологическим процессом

Во время анализа и расчета получающихся при декомпозиции более или менее простых систем автоматического управления возникает необходимость выбора с определенной степенью приближения адекватной математической модели, которая определяла бы с течением времени изменение переменных состояния системы.

Следует отметить, что почти все системы управления представляют собой нелинейные системы, которые содержат как переменные, так и распределенные параметры. Поэтому точное математическое описание систем управления связано с большими трудностями и не всегда определяется практической необходимостью. Методы теории управления разработаны применительно к различным типовым математическим моделям реальных систем автоматического управления.

В зависимости от идеализации, принятой при математическом описании систем управления, в теории управления используется классификация, представленная на рис. 24.

Системы управления

Непрерывные

Дискретные

(импульсные)

Дискретно-

непрерывные

Непрерывные

Дискретно-

непрерывные

Стационарные

Нестационарные

Стационарные

Линейные (уравнения)

С сосредоточенными параметрами

С распределенными параметрами

Нелинейные (уравнения)

Дискретные

(цифровые,

релейные)

Нестационарные

Рис. 24. Классификация моделей систем управления

В основу классификации положены свойства оператора, связывающего входные и выходные переменные, а также свойства параметров (постоянные или переменные). Кроме того, системы управления (или их математические модели) могут быть подразделены на детерминированные и статистические. В детерминированных системах входные воздействия и параметры являются постоянными функциями переменных состояния и времени, а в статистических - случайными функциями и случайными величинами.