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 (0ё5 mA) или напряжения (0ё10 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.