4) Основные термины и определения тау
Параметр технологического процесса – физическая величина технологического процесса, например, температура, давление, расход, уровень, обьем, масса, рН, напряжение и т.д.
Обьект управления (ОУ) или обьект регулирования – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.
Управление – формирование управляющих воздействий по определенному закону, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.
Автоматическое управление – управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.
Регулятор – устройство, обеспечивающее поддержание заданного значения (SP) регулируемой величины (PV) или автоматическое изменение ее по заданному закону.
Задача регулирования – доведение выходной величины X обьекта регулирования до заранее определенного значения SP и удержания ее на данном значении с учетом влияния возмущающих воздействий.
Система автоматического регулирования (САР) – автоматическая система с замкнутой цепью воздействия в котором управление Y вырабатывается в результате сравнения истинного значения (PV=X) с заданным значением SP. Основное назначение САР заключается в поддержании заданного постоянного значения регулируемого параметра или изменение его по определенному закону.
Выходное воздействие (Y) – воздействие, выдаваемое на выходе системы управления или устройства регулирования.
Задающее воздействие (SP – SetPointValue, W, Wx, Wv) – воздействие на систему, определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины.
Возмущающее воздействие (Z) – воздействие, стремящееся нарушить функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
5) Классификация аср
1. По назначению (по характеру изменения задания):
стабилизирующая АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении (x = const);
программная АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией (x изменяется программно);
следящая АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в зависимости от заранее неизвестной величины на входе АСР (x = var).
2. По количеству контуров:
одноконтурные - содержащие один контур,
многоконтурные - содержащие несколько контуров.
3. По числу регулируемых величин:
одномерные - системы с 1 регулируемой величиной,
многомерные - системы с несколькими регулируемыми величинами.
Многомерные АСР в свою очередь подразделяются на системы:
а) несвязанного регулирования, в которых регуляторы непосредственно не связаны и могут взаимодействовать только через общий для них объект управления;
б) связанного регулирования, в которых регуляторы различных параметров одного и того же технологического процесса связаны между собой вне объекта регулирования.
4. По функциональному назначению:
АСР температуры, давления, расхода, уровня, напряжения и т.д.
5. По характеру используемых для управления сигналов:
непрерывные,
дискретные (релейные, импульсные, цифровые).
6. По характеру математических соотношений:
линейные, для которых справедлив принцип суперпозиции;
нелинейные.
Принцип суперпозиции (наложения): Если на вход объекта подается несколько входных воздействий, то реакция объекта на сумму входных воздействий равна сумме реакций объекта на каждое воздействие в отдельности:
(х1 + х2) = (х1) + (х2),
где - линейная функция (интегрирование, дифференцирование и т.д.).
7. По виду используемой для регулирования энергии:
пневматические,
гидравлические,
электрические,
механические и др.
8. По принципу регулирования:
по отклонению:
П
одавляющее
большинство систем построено по принципу
обратной связи - регулирования по
отклонению (см. рис. 1.7).
Элемент
называется сумматором. Его выходной
сигнал равен сумме входных сигналов.
Зачерненный сектор говорит о том,
что данный входной сигнал надо брать с
противоположным знаком.
по возмущению.
Данные
системы могут быть использованы в том
случае, если есть возможность измерения
возмущающего воздействия (см. рис. 1.8).
На схеме обозначен К
- усилитель с коэффициентом усиления
К.
комбинированные - сочетают в себе особенности предыдущих АСР.
Данный способ (см. рис. 1.9) достигает высокого качества управления, однако его применение ограничено тем, что возмущающее воздействие f не всегда можно измерить.
6) Понятие-автоматическое регулирование. Структурная схема САР: объект регулирования, обобщенный датчик, канал связи, вторичный прибор, регулятор (контроллер), исполнительное устройство (исполнительный механизм + регулирующий орган ). Их определения и функции на примере САР стабилизации температуры целевого продукта теплообменника.
Автоматическое регулирование параметра – это операция автоматического изменения регулируемой величины по какому-либо закону.
Структура САР: объект регулирования, обобщённый датчик Доб, канал связи, вторичный прибор (ВП, ПК), регулирующее устройство (регулятор, контроллер), исполнительное устройство (исполнительный механизм + регулирующий орган). Здесь обобщенный датчик обозначается – Доб, персональный компьютер – ПК, вторичный прибор (ВП). В роли регулирующего устройства применяются регуляторы и программируемые контроллеры.
Рассмотрим процесс стабилизации температуры выходящего из теплообменника целевого продукта в точке А.
Горячий целевой продукт (120ºС) поступает из соседнего цеха и охлаждается хладагентом до 100ºС (в точке А).
Температура целевого продукта на выходе из теплообменника в точке А будет 100°С, до тех пор пока не изменится температура целевого продукта на входе в теплообменник (120ºС). Как только величина 120ºС изменится, данная схема регулирования перестаёт работать. В этом случае надо будет изменить расход хладагента на входе в теплообменник, а на трубе подачи хладагента нет клапана.
Рис.1.1. САР температуры целевого продукта.
Итак, необходимо стабилизировать температуру в точке А объекта регулирования на уровне 100ºС – это заданное значение регулируемого параметра. Та температура, которая будет в точке А на самом деле, называется текущим значением регулируемого параметра. Текущее значение регулируемого параметра воспринимается обобщенным датчиком и преобразуется им в унифицированный выходной сигнал. Этот унифицированный сигнал поступает на вторичный прибор и регулирующее устройство – контроллер. Вторичный прибор показывает текущее значение целевого продукта в точке А. Например, текущее значение регулируемого параметра 90°С поступает на контроллер, а в нём заложена величина заданного значения температуры в точке А 100°С. Контроллер в соответствии с программой подсчитывает сигнал рассогласования σ = Ттек – Тзад, то есть
σ = 90 ºС – 100 ºС = –10 ºС.
Сигнал рассогласования σ считается входным сигналом регулирующего устройства. Регулятор анализирует величину и знак σ и по программе в соответствии со своим законом регулирования вырабатывает регулирующее воздействие μ. Выходным сигналом является μ, которое определяет закон перемещения затвора регулирующего органа. В данном случае Ттек=90ºС, а надо 100ºС, следовательно, затвор регулирующего органа в соответствии с величиной и знаком σ переместится и уменьшит подачу хладагента. Если же из соседнего цеха в точку Б придет целевой продукт с температурой 150ºС, то, если не принять мер, в точке А вместо 100ºС будет, например, 130ºС. Данная система регулирования приведет в норму температуру в точке А, в точке А будет 100ºС. Произойдёт это за счёт увеличения подачи хладагента. Затвор исполнительного устройства в соответствии с величиной и знаком σ переместится и увеличит подачу хладагента.
Температура целевого продукта в точке Б – это главное возмущающее воздействие. Регулятор в ответ вырабатывает регулирующее воздействие μ.
Итак, на объект регулирования действуют 2 воздействия: возмущающее и регулирующее. Задачей САР является компенсировать влияние возмущающего воздействия на объект регулирующим воздействием. В результате этой компенсации происходит переходный процесс регулирования. Изменение во времени регулируемой величины в переходном процессе происходит за время регулирования τр.