2. Второй этап развития тса.

Второй этап - этап комплексной автоматизации и механизации производства соответствует такому уровню развития промышленного производства, когда растут единичные мощности агрегатов и установок, производительность труда, развивается материальная и научно-техническая база автоматизации. Роль оператора в управлении технологическим процессом смещается в область умственного труда. Человек выполняет различные логические операции при пусках и остановах оборудования, анализирует поступающую информацию, контролирует работу автоматических систем.

На этом этапе появляется необходимость крупносерийного производства

ТСА на основе стандартизации и унификации, специализации и кооперирования. Производство ТСА становится самостоятельной отраслью.

Система автоматического регулирования изготовляется в виде нескольких конструктивных единиц, блоков, часть из них размещается на объекте управления, часть на щите автоматики. Это облегчает для потребителя эксплуатацию и обслуживание ТСА. Производство ТСА выигрывает в этом случае за счет агрегатирования. Увеличение объемов выпускаемой продукции приводит приборостроителей к унификации схемных и конструктивных решений.

Отдельные блоки автоматической системы выполняются с жесткими, заранее заданными функциями, преимущественно как аналоговые. Вследствие этого преимущественно имеют место локальные САР, где каждый регулирующий контур конструктивно самостоятелен и имеет свой регулятор.

Развитие электроники, широкое использование электроэнергии и электропривода обусловили преимущественное развитие электрических средств регулирования.

3. Третий этап развития тса.

Третий этап развития автоматизации считается этапом АСУ. Становится экономически и технически целесообразной автоматизация управления на более высоких уровнях.

На этом этапе разрабатываются автоматы высоких функциональных возможностей, способные осуществлять сложные вычислительные процессы и логические операции.

Основным элементом в структурной схеме таких автоматических систем являются ЭВМ. ЭВМ плюс устройства связи с объектами образуют информационно-управляющий комплекс как техническую основу любой АСУ. В состав АСУ как подсистемы могут входить локальные системы автоматического регулирования, реализованные на аналоговых и цифровых ТСА. В настоящее время взамен аналоговых регуляторов выпускаются цифровые на базе микропроцессорных средств.

Вопрос№14. Законы регулирования

Закон регулирования

Зависимость, по которой формируется регулирующее воздействие u(t) на объект из первичной информации: g(t) и/или x(t) и, возможно,f(t).

Законы регулирования бывают:

линейные: ;

нелинейные:   F₁(u,du/dt,…)=F₂(x,dx/dt,…;g,…;f,…).

Классификация нелинейных законов регулирования:

• Функциональные.

• Логические.

• Параметрические.

• Оптимизирующие.

Линейные непрерывные законы регулирования

Под законом регулирования (управления) понимается алгоритм или функциональная зависимость, определяющая управляющее воздействие u(t) на объект:

u(t)=F(x,g,f).

Линейные законы описываются линейной формой:

u(t)=k₁x(t)+k₂∫x(t)dt+k₃∫∫x(t)dt²+… +k₄x′(t)+k₅x″(t)+…

она же в операторной форме записи:

(1*)

u(t)=x(t)[k₁+k₂/p+k₃/p²+…+k₄p+k₅p²+…].

Наличие в (1*) чувствительности регулятора к пропорциональной, к интегральным или к дифференциальным составляющим в первичной информации x(t) определяет тип регулятора:

• P – пропорциональный.

• I – интегральный.

• PI – пропорционально интегральный (изодромный).

• PD – пропорционально дифференциальный.

• и более сложные варианты – PID, PIID, PIDD, ...

Пропорциональное регулирование

Пропорциональный закон регулирования имеет вид:

u(t)=W_рег(p)x(t)=k₁x(t),

тогда в разомкнутом состоянии система будет характеризоваться ПФ:

W(p)=W_рег(p)W_о(p)=k₁W_о(p).

Рассмотрим уравнение ошибки:

В установившемся режиме p→0 (все производные равны нулю); W_о(p)→k_о; W(p)→k₁k_о=k; где k – контурный коэффициент усиления разомкнутой системы (при W_ос(p)=1).

Резюме: P-регулирование позволяет уменьшить установившуюся (статическую) ошибку, но только в 1+k раз, поэтому регулирование будет статическим. Т.е. при любом kx_уст≠0.

Интегральное регулирование

Интегральный закон регулирования имеет вид:

u(t)=W_рег(p)x(t)=k₂/p×x(t),

тогда в разомкнутом состоянии система будет характеризоваться ПФ:

W(p)=W_рег(p)W_о(p)=k₂/p×W_о(p).

Рассмотрим уравнение ошибки:

В установившемся режиме p→0, => W(p)→∞; => первая составляющая ошибки g₀/∞→0. Ошибка от возмущения зависит от вида функции W_f(0) и может быть отлична от нуля.

Резюме: I-регулирование позволяет исключить статическую ошибку в системе, т.е. система будет астатической по отношению к задающему воздействию g(t).

Интегральное регулирование по второму интегралу от ошибки

Двойной интегральный закон регулирования имеет вид:

u(t)=W_рег(p)x(t)=k₃/p²×x(t),

тогда в разомкнутом состоянии система будет характеризоваться ПФ:

W(p)=W_рег(p)W_о(p)=k₃/p²×W_о(p).

В этом случае система будет обладать астатизмом второго порядка – в ноль обратятся как постоянная составляющая ошибки, так и её скоростная составляющая (ошибка от помехи здесь не рассматривается):

Резюме: повышение порядка астатизма приводит к увеличению установившейся точности САР, но делает систему более замедленной в действии.

На рисунке показано, что для малых отклонений ошибки x(t) сигнал управления объектом u(t) формируется интегральным каналом менее интенсивно (сколь бы мал ни был коэффициент усиления пропорционального канала и сколь большим бы ни был коэффициент усиления интегрального канала).

Изодромное регулирование – PI

Изодромный закон регулирования имеет вид:

u(t)=W_рег(p)x(t)=(k₁+k₂/p)x(t),

тогда в разомкнутом состоянии система будет характеризоваться ПФ:

W(p)=W_рег(p)W_о(p)=(k₁+k₂/p)W_о(p).

В этом случае если p→0, то W(p)→∞ и регулирование будет астатическим. Но если p→∞, то W(p)→k₁k_о=k и регулирование будет пропорциональным.

Резюме: PI-регулирование сочетает точность I-регулирования и быстродействие P-регулирования.

Регулирование с использованием производных

Регулирование с использованием одного канала, чувствительного к производной сигнала не имеет самостоятельного значения, т.к. сигнал управления:

u(t)=W_рег(p)x(t)=k₄p×x(t),

будет равен нулю при p→0 (т.е. в установившемся режиме). Поэтому обязательно наличие параллельного либо P, либо I-канала, а чаще обоих:

u(t)=(k₁+k₂/p+k₄p)x(t).

В таком варианте регулятора управляющее воздействие будет образовываться даже когда x(t)=0, но dx/dt≠0. Т.е. наличие параллельного D-канала в регуляторе повышает быстродействие системы и снижает ошибки в динамике.