1.Принцип суперпозиции(наложения).Регулирование по отклонению,регулирование по возмущению,комбинированный принцип регулирования.

Принцип наложения формулируется следующим образом: ток (напряжение) на участке цепи, в которой действуют несколько независимых источников ЭДС и тока, равен алгебраической сумме токов (напряжений), вызываемых каждым из этих источников в отдельности. Принцип базируется на линейности уравнений цепи и позволяет свести задачу анализа цепи к рассмотрению частных режимов, в каждом из которых учитывается один независимый источник. Управляемые источники, действующие в цепи, следует учитывать в каждом из частных режимов. В цепи, включающей источник ЭДС e и тока J, а также управляемый источник тока i₂ , применение принципа приводит к анализу двух режимов:  1) при действии e источник тока исключается (рис. 6.2, б);  2) действие источника J рассматривается при закороченном источнике ЭДС, т. е. когда e = 0

Токи ветвей для 1-го режима определяем из следующих уравнений:

,

откуда

Уравнения для 2-го режима имеют вид:  ,  . Эта пара однородных уравнений имеет нулевое решение:  , поэтому  . Окончательно найдем:

Отметим, что при суммировании токов частных режимов учитывают принятые их направления, которые могут быть различными.

18-Билет

1. Требование к промышленным сар,одноконтурный сар.Промышленным объектом управления.

Для того чтобы технологическое оборудование работало 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. В системах стабилизации - сигнал заданной точки (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. Для большинства промышленных САР необходима достаточно высокая точность их работы ±(1- 1.5)%. При этом главное назначение системы стабилизации - это компенсация внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления.         Структурная схема одноконтурной САР промышленным объектом управления приведена

Рисунок Рисунок 1.7 - Структурная схема одноконтурной САР промышленным объектом управления    Пояснения к рисунку 1.7:   Основные элементы:   ЗДН – задатчик, ПРЗ – программный задатчик, ЭС - элемент сравнения, РЕГ - автоматический регулятор, УМ - усилитель мощности, АР - автоматический регулятор (современные регуляторы обьединяют узлы ЗДН, ПРЗ, РЕГ, УМ, НП), ИМ - исполнительный механизм, РО - регулируемый орган, ОСп - обратная связь по положению регулирующего органа, ОУ - объект управления, Д – датчик (первичный преобразователь), НП - нормирующий преобразователь(в современных микропроцессорных системах управления и регуляторах, является встроенным входных устройством).  Обозначение переменных: SP- задающий сигнал, E - ошибка регулирования, Up- выходной сигнал регулятора, Uу - управляющее напряжение,h - перемещение регулирующего органа, Qт- расход вещества или энергии, Z - возмущающие воздействия, PV=X - регулируемый параметр (например температура), Yос - сигнал обратной связи (выходное напряжение или ток преобразователя).           Характерной особенностью схемы является наличиенормирующего преобразователя НП, обеспечивающего работу автоматического регулятора со стандартными значениями тока (0-5, 0-20, 4-20mA) или напряжения (0-10 В). Нормирующий преобразователь НП выполняет следующие функции:      1) преобразует нестандартный входной сигнал (mB, Ом) в стандартный выходной сигнал;       2) осуществляет фильтрацию входного сигнала;      3) осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика;        4) применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая.            В современных промышленныхрегуляторах нормирующий преобразователь НП как правило является обязательной составной частью входного устройства регулятора АР (см. рис. 1.7).  Основные требования к промышленным САР:     1) Промышленная САР должна обеспечивать устойчивое управление процессом во всем диапазоне нагрузок на технологический обьект.       2) Система должна обеспечивать в окрестности рабочей точки заданное качество процессов управления (время переходного процесса, перерегулирование и колебательность).       3) Система должна обеспечивать в установившемсярежиме заданную точность регулирования.  Желательно обеспечить нулевую статическую ошибку регулирования.            Все эти условия будут выполнятся, если обьект управления является стационарным, либо его вариации параметров достаточно малы и компенсируются запасами устойчивости системы.           Современные промышленные регуляторы обеспечивают устойчивый процесс  регулирования подавляющего  большинства промышленных объектов при условии, что правильно выбраны  настройки регулятора. Чем выше  требования к качеству регулирования, тем болеесложной и дорогой будет  система.           Поэтому при создании САР стремятся найти разумный компромисс между качеством регулирования и затратами на автоматизацию технологического процесса.

19-Билет

1.Классификация объектов управления,по характеру протекания технологического процесса,по характеру установивегося значения выходной величины объекта. Классификацию ОУ можно провести по ряду признаков: по количеству выходных величин в математической модели объекта, по классу дифференциальных уравнений, по функциональной зависимости (линейной или нелинейной) между выходными и входными величинами в статическом режиме и т. д. Одномерные и многомерные объекты Одномерный объект — объект управления, математическая модель функционирования которого содержит одну выходную величину. Входных величин может быть несколько. Можно представить, что влияние входной величины на выходную величину распространяется внутри объекта по некоторому воображаемому пути, называемому динамическим каналом.  Многомерный объект — объект управления, математическая модель функционирования которого содержит несколько выходных величин. Для многомерного объекта число уравнений вида соответствует числу выходных величин. Многомерные объекты могут быть односвязны-ми и многосвязными. Односвязные и многосвязные объекты Односвязный объект — объект управления, в математической модели функционирования которого каждая входная величина влияет только на одну входную величину. Иначе говоря, многомерный односвязный объект — это объект с независимыми выходными величинами. Такие объекты разбивают на несколько одномерных объектов и рассматривают независимо друг от друга.  Многосвязный объект — объект управления, в котором хотя бы одна входная величина влияет одновременно на несколько выходных величин. Иначе говоря, выходные величины многомерного многосвязного объекта являются взаимозависимыми, что объясняется присутствием в таких объектах перекрестных связей между параметрами. Примером многомерного (двухмерного — по числу выходных координат) многосвязного объекта может служить реактор идеального смешения, в котором проводится экзотермическая реакция.  Линейные и нелинейные объекты Линейный объект — объект управления, в математической модели функционирования которого все зависимости между величинами могут быть представлены линейными функциями. В общем случае необходимым условием линейности объекта управления (как и любой другой системы) является соответствующая взаимосвязь между входным воздействием и реакцией объекта на это воздействие . Если к объекту, находящемуся в состоянии покоя, приложить возмущающее воздействие , то на выходе появится реакция . Если при тех же условиях подвергнуть объект воздействию , то он даст соответствующую реакцию . Необходимым условием линейности является то, чтобы при возмущающем воздействии объект давал реакцию . Это положение обычно называют принципом суперпозиции. Кроме того, линейный объект должен обладать свойством гомогенности (однородности). Необходимо, чтобы при изменении входной переменной в к раз ( = const) реакция (выходная переменная) объекта изменилась в то же число раз, т. е. оказалась равна Нелинейный объект — объект/управления, в математической модели функционирования которого хотя бы одна зависимость между величинами является нелинейной функцией. Объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами Выходные величины объектов с сосредоточенными параметрами не зависят от пространственной координаты и имеют в данный момент времени одно и то же числовое значение в каждой точке внутри объекта. Примерами таких объектов являются: химический реактор идеального смешения, резервуар со свободным истечением жидкости, газгольдер и т. д.с. Объекты управления с сосредоточенными параметрами, свойства которых не изменяются во времени, называются стационарными и описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Дифференциальные уравнения дополняются начальными условиями. Выходные величины объектов с распределенными параметрами в данный момент времени имеют разные числовые значения в различных точках объекта. Основные переменные процесса в объекте с распределенными параметрами изменяются и во времени, и в пространстве. Математическая модель объекта управления с распределенными параметрами содержит хотя бы одно дифференциальное уравнение с частными производными. Примерами объектов с распределенными параметрами являются трубчатые реакторы, массо-обменные колонные аппараты (ректификационные, дистилляционные, абсорбционные, экстракционные), кожухотрубные теплообменники, теплообменники «труба в трубе» и т. д. Свойства объектов управления Емкость Работа любого управляемого объекта связана с притоком (приходом), стоком (расходом) и преобразованием материальных и энергетических потоков, поэтому емкость является свойством, характерным для всех объектов управления в химической технологии. Под емкостью объекта (аккумулирующей способностью) обычно понимают его способность накапливать или сохранять вещество или энергию. Объекты управления по числу емкостей подразделяются на од-ноемкостные и многоемкостные. Одноемкостный объект управления состоит из одного сопротивления стоку (расходу) вещества или энергии и одной емкости. К одноемкостный объектам относятся резервуары и аппараты, в которых регулируется уровень жидкости; аппараты, в которых регулируется давление газа или пара; теплообменники смесительного типа с непосредственным контактом теплоносителя и нагреваемого (или охлаждаемого) вещества; участки трубопроводов, на которых регулируется давление или расход, и др. Многоемкостные объекты состоят из двух или более емкостей, последовательно соединенных и разделенных сопротивлениями. Большинство промышленных объектов управления (ректификационные и абсорбционные колонны, теплообменники, сложные гидравлические системы и др.) являются многоемкостными объектами. На рис. 4.5 приведены примеры одноемкостных и многоемкостных объектов. Из сказанного следует, что чем больше емкость объекта, тем меньше скорость изменения выходной величины при одном и том же изменении потока подаваемого в объект вещества или энергии. Это означает, что емкость характеризует инерционность объекта. Самовыравнивание Состояние объекта может быть нарушено в результате изменения материальных или энергетических потоков (притока или стока), т. е. нанесением на объект возмущающих воздействий. При этом выходные величины будут увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, что окажется больше — приход или расход. По способности восстанавливать равновесное состояние после нанесения на объект возмущающего воздействия объекты делят на нейтральные, устойчивые, неустойчивые. Объекты без самовыравнивания (нейтральные) Объекты без самовыравнивания называют нейтральными, или астатическими. Рис. 7. Схема объекта регулирования без самовыравнивания Выходные величины нейтральных объектов не оказывают воздействия на приток (приход) или сток (расход) вещества или энергии, т. е. в нейтральных объектах отсутствует внутренняя обратная связь. При отсутствии возмущающего воздействия нейтральный объект может находиться в состоянии равновесия при любых значениях выходной величины. При нарушении равновесия в объекте скорость изменения выходной величины пропорциональна величине возмущающего воздействия, т. е. при наличии не скомпенсированного возмущающего воздействия статический режим в нейтральном объекте не возможен.  Объекты с самовыравниванием (устойчивые) Способность объекта прийти после нанесения возмущающего воздействия в новое установившееся состояние без вмешательства управляющего устройства называется самовыравниванием (саморегулированием). Объекты с самовыравниванием называют статическими, или устойчивыми. В объектах с самовыравниванием ступенчатое входное воздействие изменяет выходную величину со скоростью, постепенно уменьшающейся до нуля. Самовыравнивание является результатом действия внутренней отрицательной обратной связи в объекте (результатом влияния выходной величины объекта на приток или сток вещества или энергии). Чем больше величина самовыравнивания, тем меньше отклоняется управляемый параметр от состояния равновесия, имевшего место до возмущающего воздействия. Самовыравнивание способствует стабилизации управляемой величины в объекте и, таким образом, облегчает работу управляющего устройства. Объекты с отрицательным самовыравниванием (неустойчивые) В объектах с отрицательным самовыравниванием (неустойчивых объектах) изменение выходного параметра, вызванное возмущающим воздействием, приводит к еще большему неравенству между притоком и стоком вещества или энергии, что в свою очередь вызывает дальнейшее изменение выходной величины с постепенно увеличивающейся скоростью. Запаздывание Транспортное запаздывание Свойство объектов, проявляющееся в том, что между моментом нарушения равновесия (входным воздействием) и началом изменения выходной величины проходит некоторое время, называют запаздыванием. Запаздывание затрудняет регулирование процесса, и с ним нельзя не считаться. Во многих системах автоматического управления (регулирования) приходится иметь дело со значительным запаздыванием, возникающим из-за транспортировки вещества, энергии через трубопроводы или иные элементы оборудования. Запаздывание такого типа носит название транспортного запаздывания. 20-Билет

1.Классификация объектов управления,по структуре объекта,по количесту входных и выходных величин и их взаимосвязи Технологические процессы одного типа могут отличаться аппаратурным оформлением и свойствами перерабатываемых веществ, однако все они протекают по одним и тем же законам и характеризуются аналогичными зависимостями между параметрами. Это дает возможность разработать типовое решение по их автоматизации, которое с незначительными изменениями, вызванными особенностями ТОУ, может быть применено для всех процессов данного типа. Во многих ТОУ проводятся процессы, подчиняющиеся нескольким законам. Например, технологический процесс в ректификационной колонне подчиняется законам гидродинамики (так как происходит перемещение потоков), тепло- и массопередачи (между потоками жидкости и пара постоянно осуществляется тепло- и массообмен). Естественно, что управлять таким процессом значительно сложнее. Классификация по характеру технологического процесса. Характер технологического процесса определяется по временным режимам работы технологического оборудования. Большая часть объектов управления химической технологии (нефтеперерабатывающие установки, производства синтетического каучука и кислот и многие другие) относится к ТОУ с непрерывным характером производства. Сырье и реагенты в такие ТОУ поступают практически безостановочно, а технологический режим после пуска ТОУ устанавливается неизменным на длительные сроки (неделя, месяц, квартал, год). В ТОУ с периодическим (дискретным) характером производства, которые преобладают на шинных, резино- и асбесто-технических заводах, длительность технологических операций незначительна (минуты, часы); в одном и том же аппарате часто проводят разные технологические процессы с изменением во времени заданных значений параметров. Автоматизация периодических процессов существенно осложнена необходимостью перестройки работы аппаратов, заключающейся в изменении технологических режимов, а также маршрутов материальных и энергетических потоков. Часть производств, например некоторые производства синтетических волокон, удобрений, включают как непрерывные, так и дискретные технологические процессы. Классификация по информационной емкости. Степень сложности ТОУ характеризуется информационной емкостью объекта, т. е. числом технологических параметров, участвующих в управлении.

Классификация по характеру параметров управления. По этому признаку ТОУ делятся на объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами. К первым относятся ТОУ, регулируемые параметры которых (уровень жидкости, давление, температура) имеют одно числовое значение в разных точках в данный момент времени. Это простейшие объекты – емкость, испаритель, насос, компрессор. Большая часть объектов энергетики относится к объектам с распределенными параметрами, значения которых неодинаковы в различных точках объекта в данный момент времени. Так, в турбинных агрегатах ТЭС температура различна по пространству; в топке состав дымовых газов неодинаков по объему.

№21 билет Классификация обьектов управления

По виду статических характеристик и характеру математических соотношений: Линейные Нелинейные

По поведению в статическом режиме:

Статические. Имеется однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями (состояние статики). Примером является любой тепловой обьект. Астатические. Зависимость отсутствует. Пример: Зависимость угла поворота ротора электродвигателя отприложенного напряжения. При подаче напряжения угол поворота будет постоянно возрастать, поэтому однозначной зависимости у него нет. По распределенности обьекта управления: Локальные обьекты управления Распределенные обьекты управления По типу стационарности обьекта: Стационарные Нестационарные. Параметры нестационарного обьекта с течением  времени изменяются. Например, химический реактор с катализатором, активность которого падает с течением  времени, или летательный аппарат, масса которого уменьшается по мере выгорания топлива

№22 билет Классификация обьектов управления По зависимости от интенсивности случайных  возмущений, действующих на объект: Стохастические Детерминированные По направлению действия:

Обьекты прямого (нормального) действия

Обьекты обратного (реверсивного) действия

По способности запасать рабочую среду (емкостные и многоемкостные обьекты):

Не емкостные обьекты  

Емкостные обьекты. Объекты регулирования обладают способностью аккумулировать рабочую среду внутри объема. Запас накопленной объектом энергии (вещества) называется емкостью объекта. Физически она проявляется в виде теплоемкости, геометрической емкости резервуара, инерционности движущихся масс и т.п.  Например, емкость бака с водой  зависит от его размеров. Чем больше бак, тем медленнее будет изменяться уровень при нарушении соответствия между притоком и расходом. Особенность большинства объектов управления является их многоемкостность (наличие каскадов или цепочек технологических объектов). Многоемкостность приводит к повышению порядка дифференциального уравнения объекта т.е. к появлению множества достаточно малых постоянных времени объекта.

№23 билет

Классификация приборов и средств автоматизации

Приборы и средства автоматизации представляют собой совокупность технических средств, включающих в себя средства измерения и средства автоматизации, предназначенные для восприятия, преобразования и использования информации для контроля, регулирования и управления. Структура системотехнических  основ построения и развития системы приборов базируется на стандартизованных принципах и методах:

1. унификации сигналов, интерфейсов, конструкций, модулей и блоков,

2. минимизации номенклатуры,

3. формирование гибких, программируемых и перестраиваемых компонентов системы,

4. реализации в изделиях рациональных эстетических и эргономических требований.

Единая государственная система промышленных приборов и средств автоматизации содержит три ветви: гидравлическую, пневматическую и электрическую. Блочно-модульный принцип характеризуется наличием отдельных модулей или блоков, выполняющих достаточно простую функцию. Этот принцип позволяет уменьшить номенклатуру средств автоматизации, упрощает ремонт и замену, уменьшает стоимость, позволяет реализовать принцип взаимозаменяемости.

Унифицированные сигналы:

1. Пневматические - сигналы давления сжатого воздуха имеют диапазон изменения сигнала: 0,2-1 кгс/см2 или 0,02-0,1 МПа; сигналпитания: 1,4 кгс/см2; расстояние передачи сигнала: до 300 м.

2. Электрические сигналы имеют много диапазонов, которые можно разделить на две группы: а) сигналы постоянного тока, например: 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА и др.; б) сигналы напряжения постоянного тока, например: 0-1 В, 0-10 В и др.

Первичные приборы (датчики) могут преобразовывать измеряемый параметр в какой-либо унифицированный сигнал. Если же датчик выдает неунифицированный сигнал, то для приведения его к стандартному диапазону должен быть установлен соответствующий нормирующий преобразователь.

Классификация приборов:

На различных технологических производствах и других обьектах наиболее часто измеряемыми величинами являются температура, давление, расход и уровень. На них приходится около80 % всех измерений. Остальную часть занимают электрические, оптические и др. виды измерения. При измерениях используются различные измерительные приборы, которые классифицируются по ряду признаков. Общей градацией является разделение их на приборы для измерения: механических, электрических, магнитных, тепловых и других физических величин. Классификация по роду измеряемой величины указывает, какую физическую величину измеряет прибор (давление Р, температуру Т, расход F, уровень L, количество вещества Q и т.д.). Исходя из признака преобразования измеряемой величины, измерительные приборы разделяют на приборы: непосредственной оценки или сравнения.

о характеру изменения: стационарные и переносные. По способу отсчета измеряемой величины: показывающие, регистрирующие, суммирующие.