Цель курса
Приобретение теоретических знаний и практических навыков расчета и исследования цифровых (дискретных) систем регулирования (ЦСР) технологическими процессами.
Задача курса:
научиться разрабатывать математические, дискретные, статические и динамические модели технологических процессов (объектов управления) и проверять их адекватность
научиться выбирать на основе полученной математической модели объекта структуру ЦСР
научиться разрабатывать дискретную динамическую модель управляющей части ЦСР
научиться рассчитывать оптимальные настройки цифровых регуляторов и компенсаторов управляющей части ЦСР
научиться проводить сравнительные исследования (анализ) ЦСР различных структур на основе машинного моделирования их работы.
Основные понятия и определения
Характер протекания (состояния) любого технологического процесса определяется текущими значениями ряда физических величин (расхода, температуры, давления, влажности, концентрации и т.д.). При нормальном протекании процесса эти величины должны принимать строго определенные (номинальные) значения. В противном случае ход процесса нарушается, что приводит к снижению количества и качества продукции, перерасходу энергии и сырья, интенсивному износу оборудования, поломкам и авариям. В силу ряда причин (изменение характеристик сырья тепло и хладагентов) или явлений протекающих в самом аппарате (изменение гидродинамики, условий теплопередачи и массообмена активности катализатора, старение оборудования), указанные величины могут отклоняться от номинальных значений приводя к выше перечисленным нежелательным последствиям. В этом случае возникает необходимость в управлении процессом, который называется объектом управления. Объект управления –это технологический процесс, протекающий в каком-либо аппарате и характеризующийся физическими величинами, называемыми технологическими параметрами. Различают входные, выходные и промежуточные параметры. Структурная схема объекта при этом имеет вид:
Рис. 1.1 Структурная схема объекта управления.
Выходные (управляемые) параметры “y” – наиболее полно характеризуют протекание технологического процесса, например, температуру, давление, уровень, влажность.
Управляющие “u” – параметры, оказывающие влияние на выходные и поддающиеся целенаправленному изменению
Возмущающие параметры ‘f”- параметры, оказывающие влияние на выходные и неподдающиеся целенаправленному изменению, мешающие тем самым правильному протеканию процесса.
Выходные и возмущающие параметры являются входными параметрами, они связаны с расходом вещества или энергии, например, изменение расхода теплоносителя (пар, горячая вода) или хладагента (рассол, холодная вода), изменение напряжения или силы электрического тока. Промежуточные параметры (переменные состояния) “x” – это переменные изменения, которые косвенно связаны с характером протекания процесса, например скорость или ускорение изменения параметра. Управление – целенаправленное воздействие на объект, которое обеспечивает его оптимальное (в определенном смысле) функционирование и количественно оценивается величиной критерия (показателя качества). В частном случае управлением является регулирование. Регулирование –это поддержание выходных величин объекта в близи требуемых постоянных или переменных значений с целью обеспечения нормального режима его работы по средством подачи на объект управляющих воздействий. Управление (регулирование) может быть ручным или автоматическим. При ручном, воздействие на объект осуществляется непосредственно человеком с помощью запорно-регулируемой аппаратуры (вентили, клапаны). При автоматическом специальным автоматическим устройством, которое в этом случае называется управляющим устройством. Автоматическое устройство, обеспечивающее поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых величин называется автоматическим регулятором. Совокупность автоматического регулятора и объекта управления, взаимодействующих между собой, называется автоматической системой управления или системой управления.
Структурная схема автоматической системы управления имеет следующий вид:
Рис. 1.2 Структурная схема АСУ.