2. Функциональная схема. Основные элементы систем управления

При реализации всех шагов алгоритма с помощью технических средств получают систему автоматического регулирования. Системы управления представляются в виде функциональных и структурных схем. Функциональная схема системы управления включает технологическую схему управляемого процессу с нанесенными элементами системы управления и связями между ними. Функциональная схема возможной системы управления температурой воды на выходе смесителя приведена на рисунке 3.

Система автоматического управления включает следующие элементы (рис. 3).

1. Объект управления – управляемый процесс, который характеризуется своими закономерностями и рядом входных и выходных переменных.

2. Задатчик Зад – устройство для формирования заданного значения регулируемой переменной.

3. Датчик Д – устройство для измерения текущего значения регулируемой переменной.

4. Элемент сравнения ЭС – устройство для определения отклонения регулируемой переменной от заданного значения.

5. Управляющее устройство УУ – вычислительной устройство, определяющее по изменению ошибки во времени значения управляющего воздействия, включающие при необходимости наблюдатели, фильтры, прогнозирующие и другие корректирующие устройства.

6. Исполнительный механизм ИМ – устройство, обеспечивающее передачу управляющего воздействия на регулирующий орган.

7. Регулирующий орган кран К2 - устройство, непосредственно изменяющее значение регулирующего параметра.

Названные элементы систем управления являются обязательными элементами систем управления с отрицательной обратной связью. Кроме них в системах управления могут быть дополнительные элементы.

8. Усилитель – устройство для согласования сигналов по уровню сигнала, по мощности.

9. Преобразователь- устройство для преобразования сигналов одного вида энергии в другой с целью согласования работы различных по виду используемой энергии элементов системы.

и другие элементы для обеспечения работоспособности системы.

Все элементы системы работают по своим закономерностям, определяемым заложенным.

3. Структурная схема системы управления. Сигналы, действующие в системах

Каждый элемент имеет вход и выход (входов и выходов может быть несколько). Они связаны закономерностями, определяемыми физическими принципами работы элементов и их конструкцией. В смысле зависимости выходных сигналов от входных говорят, что элементы системы управления производят преобразование сигналов. Для анализа закономерностей работы элементов системы и преобразования сигналов используют структурные схемы. На структурных схемах элементы системы изображают в виде прямоугольников, а передача информации между элементами изображается в виде линий связи между ними. В прямоугольниках элементов системы показывают математические закономерности преобразования входного сигнала в выходной. Сигналы между элементами в свою очередь характеризуются своими закономерностями, в том числе, временными и спектральными характеристиками.

На структурной схеме также показывают элементы и точки схемы, к которым прикладываются внешние воздействия – задающее воздействие, возмущающие воздействия (их может быть несколько), ошибки элементов при измерении и преобразовании сигналов в виде случайных процессов. Выходными сигналами структурной схемы (системы управления) являются регулируемая переменная, ошибка регулирования.

Структурная схема рассматриваемой системы регулирования представлена на рис. 4.

На структурной схеме прямоугольниками изображены все рассмотренные выше элементы, а стрелками показаны сигналы, действующие в системе:

1. Регулируемая переменная – выходная величина объекта управления, управление которой является целью работы системы управления.

2. Регулируемая переменная, выраженная в выходном сигнале датчика

3. Задающее воздействие – значение, на котором должна находится регулируемая переменная.

4. Ошибка регулирования - разность между заданным и текущим значениями регулируемой переменной.

5. Управляющее воздействие на выходе управляющего устройства, выраженная в выходном сигнале управляющего устройства и целенаправленно изменяемая в процессе регулирования для компенсации влияния изменения других параметров процесса.

6. Управляющее воздействие , выраженная в входном параметре управляемого процесса.

7. Возмущающие воздействия – входные переменные регулируемого процесса кроме управляющего воздействия, изменения которых приводят к смещению регулируемой переменной относительно заданного значения. Именно отработка влияния возмущающих воздействий, приводящих к изменениям регулируемой переменной, является одной из основных целей создания систем управления. При изменении возмущающего воздействия система управления производит изменение управляющего воздействия, которое уравновешивает влияния изменения возмущающего воздействия, в результате чего регулируемая выходная переменная остается на заданном уровне.

8. Промежуточные переменные, получаемые при преобразовании, усилении сигналов и т.д.

Часто при анализе системы управления управляющее воздействие и регулируемую переменную на самом объекте управления выделить сложно (невозможно), поэтому при анализе исполнительный механизм, объект управления и датчик рассматривают как единый элемент – объект управления. Структурная схема системы управления при этом будет иметь вид, приведенный на рис.