- •1 Введение. Oсновныe сведения об автоматических системах
- •2 Производственный процесс как объект автоматизации
- •Как технология автоматизации вписывается в современный мир
- •Для чего необходимо управлять технологическим процессом?
- •Тп (технологический процесс) как объект управления
- •3 Основные критерии управления
- •4 Система управления
- •5 Приложения технологии автоматического управления
- •6 Классификация элементов автоматики
- •Датчики
- •Усилители
- •Программируемые логические контроллеры (plc)
- •Структура ввода/вывода между процессом и управляющим элементом.
- •7 Современные тенденции автоматизации производства
- •2 Идея "передающего элемента"
- •Линеаризация физических систем
- •Принцип суперпозиции
- •Свойство гомогенности
- •3 Порядок линейной системы
- •4 Управляемая система (controlled system) Что такое управляемая система?
- •5 Сигналы
- •Математическое представление сигналов
- •Дельта-функция (функция Дирака)
- •Синусоидальный (гармонический) сигнал
- •6 Выходной ответ системы (step response)
- •7 Типичные ответы на входное ступенчатое изменение технических систем с различными характеристиками
- •2 Примеры управляемых систем (объектов управления)
- •3 Характеристики объектов и систем автоматического управления Статические характеристики элементов
- •Свойство инерции
- •4 Модели элементов и систем управления Основные модели
- •Статические характеристики
- •Работа системы в статике
- •Линеаризация нелинейной статической характеристики
- •5 Временные характеристики. Основные динамические характеристики
- •5 Временные характеристики. Основные динамические характеристики
- •Определение параметров передаточной функции объекта по переходной кривой
- •6 Приближенные динамические модели инерционных статических объектов управления
- •7 Классификация типовых динамических звеньев
- •1) Усилительное звено (пропорциональное)
- •2) Интегрирующее
- •2.1) Идеальное интегрирующее
- •3) Дифференцирующее.
- •3.1) Идеальное дифференцирующее
- •3.2) Реальное дифференцирующее
- •4) Апериодическое (инерционное)
- •5) Запаздывающее
- •6) Звенья второго порядка
- •8 Соединения звеньев
- •1) Последовательное соединение.
- •2) Параллельное соединение.
- •3) Обратная связь
- •1 Разомкнутое (открытое) управление
- •Управление без обратной связи против управления с обратной связью
- •2 Открытый контур управления
- •Разомкнутое (открытое) управление
- •3 Простая измерительная цепь
- •4 Метрологические характеристики измерительных преобразователей
- •5 Обозначения элементов систем автоматики (средств автоматизации)
- •1 Обработка сигналов
- •Виды сигналов
- •2 Преобразование сигналов датчиков в стандартные управляющие сигналы. Преобразователи.
- •Преобразователь давления
- •Преобразователь температуры
- •3 Стандарты на аналоговые сигналы
- •4 Преобразование аналоговых величин в дигитальные. Оцифровка выходов датчиков Дискретизация сигналов. Преобразование аналоговых и цифровых сигналов. Обработка измерительной информации
- •Устройство обработки сигнала
- •5 Масштабирование
- •Как преобразовать входной аналоговый сигнал в инженерные единицы?
- •Пример цифро-аналогового преобразования
- •Преобразование 12-ти битового сигнала в инженерные единицы
- •Линеаризация величин
- •6 Выбор интервала дискретизации
- •Время преобразования
- •7 Цифровая фильтрация аналоговых сигналов
- •Фильтр аналоговых входов
- •1 Цифровая система управления
- •2 Управление техническим процессом
- •3 Измерительная информация и средства измерений
- •4 Цифровые измерительные системы и их компоненты
- •5 Машинное представление цифровых результатов измерений
- •6 Хранение и передача результатов измерений в цифровых системах
- •7 Общие сведения о промышленных сетях
- •1 Алгоритм управления
- •Определение алгоритма
- •Управление и алгоритмы. Логическая схема понятий
- •Исполнитель алгоритмов
- •2 Свойства алгоритма
- •Линейный алгоритм
- •3 Основные элементы блок-схемы алгоритма
- •4 Алгоритм функционирования асу
- •5 Типовые алгоритмы управления в линейных асу
- •Линейные алгоритмы управления
- •Управление с обратной связью
- •Циклы и ветвления в алгоритмах
- •Системы с программным управлением
- •6 Основные функции, используемые в цифровой технологии Логические элементы
- •Практическое значение алгебры логики
- •1 Основы технологии систем с замкнутым контуром управления
- •2 Что такое технология систем с замкнутым контуром?
- •Определения
- •Что такое управляемая система?
- •Последовательность в этой системе управления
- •Система с замкнутым контуром управления
- •3 Управление с обратной связью (ос)
- •4 Управляемая система (controlled system)
- •5 Контроллер (plc)
- •Выход plc
- •Динамика контроллера
- •Интегральный выход контроллера (I -контроллер)
- •Дифференциальный выход контроллера (d-контроллер)
- •1 Виды управления. Цель управления.
- •Заданное командное управление
- •Прямое (последовательное) управление
- •Управление в контуре обратной связью
- •2 Понятие качества процесса управления
- •Качественные критерии системы управления
- •Оценки качества управления
- •Классификация внешних воздействий
- •3 Показатели качества качества управления асу
- •4 Показатели качества управления асу в установившемся динамическом режиме
- •5 Показатели качества управления асу в переходном режиме
- •Характер затухания переходного процесса
- •6 Прямые показатели качества процесса управления (регулирования) по каналу задания
- •Степень затухания
- •7 Качественные критерии для реакции на помехи. Прямые показатели качества процесса управления по каналу возмущения и шумов измерений
- •8 Что такое устойчивость асу?
- •Основные условия устойчивости
- •9 Причины неустойчивости асу
- •10 Свойства, усложняющие управление
- •Нелинейность процесса
- •3. Изменение условий самого процесса.
- •5. Внутренние взаимосвязи.
- •1 Автоматическое управление с импульсными контроллерами: особенности двухпозиционных и трехпозиционных контроллеров
- •2 Двухпозиционные регуляторы (On-off controller)
- •3 Гистерезис
- •4 Алгоритмы двухпозиционного регулирования
- •5 Процессы управления с двухпозиционным законом
- •6 Виды и логика работы двухпозиционных регуляторов и систем сигнализации
- •Абсолютная (независимая) сигнализация
- •7 Двухпозиционное импульсное управление
- •8 Дополнительные функциональные возможности двухпозиционных регуляторов
- •Недостатки двухпозиционного регулирования
- •9 Трехпозиционные регуляторы Назначение. Принцип работы
- •10 Алгоритмы трехпозиционного регулирования
- •Зона гистерезиса
- •11 Процессы регулирования с трехпозиционным законом
- •12 Система управления с позиционным регулированием
- •1 Повторение. Общие положения Идентификация моделей динамических систем
- •Расчет параметров
- •3 Строение pid - контроллера
- •Pi контроллер
- •1 Выбор параметров pid контроллеров
- •P контроллер
- •Pd контроллер
- •Pid контроллер
- •Топология параллельного pid
- •Алгоритм pid контроллера
- •Определение динамических характеристик объекта регулирования
- •2 Рекомендации по выбору закона регулирования и типа регулятора
- •3 Основные принципы оптимизации для pid контроллеров
- •Время регулирования для различных типов регуляторов
- •4 Методы настройки параметров
- •1. Метод Ziegler-Nichols (Циглера Никольса) - Настройка по процессу двухпозиционного регулирования по релейному закону:
- •Параметры настройки в соответствии с рекомендациями Циглера-Никольса
- •Эксперимент в замкнутом контуре
- •Ручная настройка, основанная на правилах
- •5 Совместимость типа управляемой системы с соответствующим типом контроллера
- •Причины появления времени мёртвой зоны
- •6 Пример настройки в контуре температуры Этап 1
- •Этап 2 Настройка диффференциальной компоненты tD .
- •Этап 3 Настройка интегральной компоненты tI .
- •1 Введение
- •2 Характеристики p, I, d и контроллеров в plc
- •4 Общие рекомендации по разработке pid -регулятора plc
- •Критерий качества регулятора plc
- •5 Выбор интервала дискретизации
- •6 Аспекты программирования Время мертвой зоны (Dead Time)
- •Алгоритмы программирования
- •Единицы контроллера
- •Дифференциальное действие и фильтр
- •7 Использование фильтра сигналов в pid контуре
- •Алгоритм фильтра выхода контроллера (со)
- •8 Адаптивное регулирование
- •9 Нечеткая логика в pid -регуляторах Нечеткая логика, нейронные сети и генетические алгоритмы
- •Нечеткая логика в pid -регуляторах
- •Принципы построения нечеткого pi -регулятора
Единицы контроллера
PID контроллер не должен быть привязан к единицам измерения. Преобразование должно быть сделано вне PID контроллера. Инженерные единицы могут быть доступны в блоке памяти внутри PID блока для дисплейных и информационных целей. Например, контроллер может работать на основе 0-100% или на 0-1 для входов, выходов и уставок. Это делает контроллер проще в работе с прямыми каскадами, ограничением, сумматорами, умножением и мультизадачными ситуациями.
Входные сигналы контроллера должны быть оцифрованы при частоте по крайней мере 10 Hz, записывая среднюю величину за предыдущие интервалы времени. Использование средних величин для каждой выборки предотвращает наложение сигналов.
Дифференциальное действие и фильтр
Единица дифференциального действия должна быть в минутах. Дифференциальное действие должно быть приложено только к PV. Время дифференциала должно регулироваться в пределах от 0 до 500 минут.
Когда пользователь вводит величину времени дифференциала, контроллер должен автоматически вводить фильтр на PV, время которого (для фильтра 1го порядка) должно быть равно: время дифференциала, делённое на число от 8 до 10. Фильтр будет иметь эффект ограничения динамического действия от дифференциального действия в диапазоне между 8 и 10 controller gain. Изменение величины controller gain не будет менять постоянную времени фильтра.
Предпочтительный дифференциальный фильтр, однако, второго порядка. Если простой фильтр используется, то постоянные времени в фильтре должны быть установлены равными и рассчитываться как: Время дифференциала, делённое на число от 16 до 20. Этот фильтр имеет эффект ограничения динамического коэффициента от дифференциального действия между 8 и 10 динамического коэффициента. Дифференциал может компенсировать изменение в измерении., т.е показывает более быстроые изменения измерения, чем пропоциональное действие. Когда возникают изменение нагрузки или set point, дифференциальное действие заставляет контроллер идти неправильным путём, когда измерение происходит около set point. Дифференциал часто используется для предотвращения перерегулирования.
Дифференциальное действие может стабилизировать контур. Если использовать дифференциальное действие, то больший коэффициент пропорциональности gain и reset надо использовать. При более высоких частотах фильтр на дифференциальную составляющую ограничивает дифференцианое действие. При очень высокой частоте отношение фаза/амплитуда изменяется почти на бит из-за дискретной выбоки. Ответ меньше осциллирует, чем с PI контроллером; дифференциальное действие помогает стабилизировать контур. Предпочтительный дифференциальный фильтр Баттерворта.
7 Использование фильтра сигналов в pid контуре
При программировании применяются фильтры:
SP фильтр
PV фильтр
MV фильтр
D- фильтрация
Дифференциальное действие может вызвать шумы в (PV), которые усиливаются и отражаются как флуктуации в выходном (CO) сигнале контроллера. Фильтры как аналоговый, так и дигитальный (софт) очень популярны для сглаживания этого.
Если шум влияет на выполнение работы контроллером, первая задача – выявить и корректировать ошибку. Фильтры - плохое лекарство для плохого дизайна и или отказа оборудования! (лекция 4)