Законы регулирования

В составе структуры САР содержится управляющее устройство, которое называется регулятором и выполняет основные функции управления путем выработки управляющего воздействия U в зави­симости от ошибки (отклонения), т. е. U = f(D). Закон регули­рования определяет вид этой зависимости без учёта инерционности элементов регулятора, а также устанавливает основные качественные и количественные характеристики систем.

Различают линейные и нелинейные законы регулирования. Кроме того, эти законы могут быть реализованы в непрерывном виде или в цифровом. Цифровые законы регулирования реализуются путем построения регуляторов с помощью средств вычислительной техники (микроЭВМ или микропроцессорных систем).

Рассмотрим основные линейные законы регулирования. Простейшим является пропорциональный закон, и регулятор в этом случае называют П-регулятором. При этом , где – посто­янная величина,

k – коэффициент пропорциональности. Основным достоинством П-регу­ля­тора является простота. По существу, это есть усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления k. Недостатки П-регулятора заключаются в невысокой точности регулирования, особенно для объектов с плохими динамическими свойствами.

13. Сигналы, действующие в системах автоматического управления, бывают непрерывными и дискретными. Соответственно этому сау делятся на системы непрерывного и дискретного действия.

В свою очередь дискретные САУ делятся на релейные, импульсные и цифровые. Релейные САУ - это системы с квантованием по уровню, импульсные - с квантованием по времени, а цифровые - с применением обоих видов квантования.

В дискретных системах осуществляется преобразование информации, заданной в виде дискретных процессов, квантованных по времени или по времени и уровню одновременно. Введем специальные обозначения для этих процессов. Исходные непрерывные процессы, из которых получаются дискретные, называются огибающими и обозначаются обычными символами, например x(t).

Чтобы получить дискретный процесс, квантованный по времени, по заданной огибающей достаточно в функции x(t) положить значение t = iT_n, то есть

x(iT_n) = x(t = iT_n).

Дискретный процесс, квантованный по времени с постоянным периодом T_n и по уровню с постоянным шагом Δ, будем обозначать символом х(iT_n) (рис. 1.2, б). Получить его по заданной функции огибающей можно по формуле

где F обозначает операцию нахождения ближайшего к значению х(iТ_n) числа с шагом квантования по уровню Δ. Операция F является нелинейной, поэтому цифровые системы с квантованием процессов по времени и уровню относятся к классу нелинейных. Их особенности мы будем рассматривать отдельно в дальнейшем, а сейчас остановимся на линейных дискретных системах с процессами х(iТ_n), квантованными по времени.

Рис. 1.3. Изображение дискретной системы	Рис. 1.4. Неоднозначность дискретной функции

Работа дискретной системы сводится к преобразованию входных процессов x(iT_n) в выходные у(iТ_n) с некоторыми заданными условиями. 

14. ГАП (гибкое автоматизированное производство) — современная форма производства, обеспечивающее максимальную степень гибкости переналадки в отличие от остальных существующих типов. Гибкость ГАП обусловлена применением специальных станков — обрабатывающих центров (ОЦ), объединённых в гибкие производственные участки (ГПУ) системами обеспечения работоспособности. Системы условно можно разделить на технические и информационные. Гибкие производственные системы (ГПС) — наиболее эффективное средство автоматизации серийного производства, позволяющее переходить с одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда.

ГПС позволяет снизить потребность в квалифицированных станочниках и станках, повысить качество продукции. Производительность станков с ЧПУ, входящих в ГПС, в 1,5—2 раза выше суммарной производительности такого же количества индивидуально работающих станков с ЧПУ.

Гибкая производственная система — это комплекс технологических средств, состоящих из одного-двух (не более) многоцелевых станков с ЧПУ или других металлорежущих станков с ЧПУ, оснащенных механизмами автоматической смены инструмента, автоматической смены заготовок и транспортирования их со склада до зоны обработки с помощью различных транспортных средств, например самоходных роботизированных тележек. Этот комплекс связан с единым математическим обеспечением, способствующим работе оборудования в автоматическом режиме с минимальным участием человека.

15. регулирования технологических параметров (температура, давление, линейная скорость, угловая скорость и др.). Техническим результатом является повышение эффективности автоматического регулирования технологических параметров за счет учета изменения свойств объекта управления и внешних возмущающих воздействий. Способ включают этапы, на которых формируют управляющее воздействие и измеряют регулируемую величину объекта, причем одновременно с формированием на объект управления одиночного управляющего импульса максимальной мощности постоянно вычисляют величину инерционного роста регулируемого параметра, которую используют при определении момента завершения одиночного управляющего воздействия, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения за минимальное время без перерегулирования, а точное поддержание заданного значения регулируемой величины осуществляют формированием соответствующей этому заданному значению вычисленной мощности управляющего воздействия, а также постоянной коррекцией мощности управляющего воздействия, учитывающей текущую ошибку регулирования и скорость изменения регулируемой величины, и постоянным учетом свойств объекта управления во время работы.

16. Анализируя аналитический и экспериментальный методы получения динамических характеристик, можно утверждать, что каждый из них имеет свои положительные и отрицательные качества.

Очевидно, что соответствие аналитической модели целому классу объектов моделирования, отображение взаимосвязей между внутренними параметрами объекта в этой модели, а также соответствие структуры модели структуре объекта, является довольно весомым преимуществом аналитического моделирования. Вместе с тем, аналитическая модель не лишена недостатков. Из них можно выделить наиболее важные: низкую точность, значительную сложность определения числовых значений многих сменных и констант, например, коэффициента теплопередачи, константы скорости химической реакции, температуры или концентрации в промежуточных емкостях, и т.п. Экспериментальные же методы моделирования являются, в большинстве своем, более точными, менее громоздкими, чем аналитические, однако и они имеют существенные недостатки. Например, структура экспериментально полученной модели и объекта моделирования могут существенно отличаться одна от другой. Экспериментальная модель не отображает внутреннюю структуру объекта моделирования и взаимосвязи промежуточных параметров, ЕЕ коэффициенты не отвечают конструктивным и технологическим параметрам объекта моделирования. В связи с несоответствием структуры экспериментально полученной модели структуре объекта моделирования использования ее в несколько иначем диапазоне изменения параметров приводят к важной потере точности модели. Конечно, возникает желание объединить положительные качества аналитического и экспериментального методов получения математических моделей. Экспериментально-аналитический метод моделирования как раз и делает попытку это сделать. Он предусматривает использование структуры аналитической модели, а расчет ЕЕ коэффициентов - по экспериментальным данным. Структура модели в соответствии с этим методом строится по методике аналитического моделирования (см.3.3.2.). Вопреки этой методике коэффициенты экспериментально-аналитической модели за ней не рассчитываются, а аналитическая модель лишь записывается в общем виде через символьные обозначения коэффициентов, например:   где  - коэффициенты модели, выраженные в общей (символьной) форме.

17.---------------------------------------------------

18. На основании эскизного проекта и разработанной функциональной схемы автоматизации производится выбор технических средств для проектируемой системы управления процессом. Правильный выбор технических средств автоматизации является непременным условием эффективного и надёжного функционирования системы, залогом её минимальной стоимости и безопасности для персонала и окружающей среды.

Современные средства автоматизации делятся на две группы: коммутированные и некомментированные (программированные) технические средства автоматизации:

1) Коммутированные средства автоматизации • Регуляторы • Релейные схемы

2) Программированные средства автоматизации • ADSP процессоры• ПЛК• ПКК • ПАК • Специализированные контроллеры

ADSP процессоры – средство автоматизации, которое используются для сложного математического анализа процессов в системе.

ПЛК – самые распространенные средства автоматизации. Имеют собственный блок питания, центральный процессор, оперативную память, сетевую карту, модули ввода/вывода.

ПКК – компьютер с платами ввода/вывода, сетевыми картами, которые служат для ввода/вывода информации.

ПАК (программированные автоматизированные контроллеры) – ПЛК+ПКК. Имеют распределенную сетевую структуру для обработки данных.

Специализированные контроллеры – не являются свободно программируемыми средствами автоматизации, а используют стандартные программы, в которых можно изменить только некоторые коэффициенты.

19. Качество процесса принятия решения находится в корреляционной зависимости от полноты учета всех факторов, существенных для последствий от принятых решений.

основными категориями теории принятия решения могут быть выбраны следующие множества:

Система управления (СУ); Объект управления (О); Орган управления и принятия решения (У);

Среда функционирования (С); Состояние объекта (θ); Процесс принятия решения (алгоритм) (А);

Оценочный функционал решения (F); Ситуация принятия решения (S); Информационная ситуация (I);

Источник информации (J); Критерий принятия решения (К).

20.--------------------------------------------------

21. формула Коши:

где   - любая точка внутри контура  .

22. Виды схем автоматизации:

Схема автоматизации структурная

Структурная схема предназначена для отображения системы контроля и управления производственными процессами данного объекта и устанавливает связи между щитами, пунктами управления, оперативным рабочими постами основных групп технологического оборудования и показывает административно-техническую суть централизованного управления объектом.

Блок-схема

Блок-схема САР, состоит из функциональных блоков, которые представляют собой конструктивно обособленные части (элементы или устройства) автоматических систем, которые выполняют определенные функции. Функциональные блоки на схеме обозначают прямоугольниками, внутри которых надписывают их наименования в соответствии с функциями, которые выполняются.

Схема автоматизации функциональная

Функциональная схема автоматизации является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса объекта.

Принципиальная схема автоматизации

Принципиальная схема автоматизации (обычно электрическая) определяет полный состав составных частей изделия и связей между ними, и дает детальное представление о принципе его работы.

23. Пред проектный анализ позволяет увидеть предварительную функциональную модель предприятия, характеристику объекта и результатов его функционирования, описание существующей информационной системы и её качества, обоснование необходимости совершенствования информационной системы объекта, цели, критерии и ограничения создания автоматизированной системы, функции и задачи автоматизации, ожидаемые технико-экономические результаты.

24. Практический путь повышения качества работы системы – совершенствование информационной структуры. В регулятор, например, вводится дополнительная информация об изменениях некоторых специально подобранных переменных, более оперативно, чем управляемая величина, характеризующих изменение текущего состояния объекта управления. Либо в регулятор вводятся добавочно сигналы, непосредственно отражающие изменение возмущающих воздействий.

25. Современная теория автоматического регулирования является основной частью теории управления. Система автоматического регулирования состоит из регулируемого объекта и элементов управления, которые воздействуют на объект при изменении одной или нескольких регулируемых переменных. Под влиянием входных сигналов (управления или возмущения), изменяются регулируемые переменные. Цель же регулирования заключается в формировании таких законов, при которых выходные регулируемые переменные мало отличались бы от требуемых значений. Решение данной задачи во многих случаях осложняется наличием случайных возмущений (помех). При этом необходимо выбирать такой закон регулирования, при котором сигналы управления проходили бы через систему с малыми искажениями, а сигналы шума практически не пропускались.

Проектирование систем автоматического регулирования можно вести двумя путями: методом анализа, когда при заранее выбранной структуре системы (расчетным путем или моделированием) определяют ее параметры;

методом синтеза, когда по требованиям, к системе сразу же выбирают

наилучшую ее структуру и параметры.

26. Виды схем автоматизации:

Схема автоматизации структурная

Структурная схема предназначена для отображения системы контроля и управления производственными процессами данного объекта и устанавливает связи между щитами, пунктами управления, оперативным рабочими постами основных групп технологического оборудования и показывает административно-техническую суть централизованного управления объектом.

Блок-схема

Блок-схема САР, состоит из функциональных блоков, которые представляют собой конструктивно обособленные части (элементы или устройства) автоматических систем, которые выполняют определенные функции. Функциональные блоки на схеме обозначают прямоугольниками, внутри которых надписывают их наименования в соответствии с функциями, которые выполняются.

Схема автоматизации функциональная

Функциональная схема автоматизации является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса объекта.

Принципиальная схема автоматизации

Принципиальная схема автоматизации (обычно электрическая) определяет полный состав составных частей изделия и связей между ними, и дает детальное представление о принципе его работы.

1-й этап – проект ТЭО (технико-экономическое обоснование). На этой стадии проектирования производится выбор и технико-экономическое обоснование типа и уровень автоматизации систем и устанавливается ее предварительная стоимость.

2-й этап – рабочий проект, который разрабатывается на основании технического задания. На этом этапе окончательно разрабатывают принципиальную схему систем автоматизации. Рабочий проект системы утверждается в согласующих организациях и при необходимости вносятся коррективы.

27.как 13.

28. Исполнительное устройство — устройство системы автоматического управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командной информацией.

Пневматические устройства в системах автоматики выполняют следующие функции:

- получение информации о состоянии системы с помощью входных элементов (датчиков);

- обработка информации с помощью логико-вычислительных элементов (процессоров);

- управление исполнительными устройствами с помощью распределительных элементов (усилителей мощности);

- совершение полезной работы с помощью исполнительных устройств (двигателей).

29. В состав микропроцессора входят следующие устройства.

1. Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией.

2. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей компьютера. Выполняет следующие основные функции:

• формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполнения различных операций;

• формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера;

• получает от генератора тактовых импульсов обратную последовательность импульсов.