Критерий устойчивости Найквиста
Критерий устойчивости Найквиста
Так же, как и критерий Михайлова, критерий Найквиста является частотным. Он основан на построении годографа передаточной функции H(j) разомкнутой системы. Критерий устойчивости Найквиста формулируется следующим образом: замкнутая система устойчива, если годограф передаточной функции H(j) разомкнутой системы не охватывает на комплексной плоскости точку с координатами (-1, j0). На рис. 2 показаны примеры устойчивой (рис. 2, а) и неустойчивой (рис. 2, б) систем управления.
Рис. 2
Если годограф проходит через точку (-1, j0), то система находится на границе устойчивости. В этом случае на некоторой частоте H(j)= -1. Представим, как будет вести себя сигнал частоты 0 в такой системе при отсутствии внешних воздействий, т.е. при g(t)= 0. Сигнал A sin0t с частотой 0 и амплитудой А после прохождения системы сохранит частоту и амплитуду. Изменится лишь знак, т.е. x(t)= -Asin0t. После прохождения цепи отрицательной обратной связи на входе системы появится сигнал e(t)= g(t)-x(t) =Asin0t. Таким образом, в системе могут существовать незатухающие колебания с частотой 0. В неустойчивых системах амплитуда сигнала x(t) будет со временем расти, в устойчивых - уменьшаться.
пульсы снова преобразуются в электрические сигналы с помоп{ЬЮ оптоэлектронных датчиков.
Оптический сигнал невосприимчив к магнитным и электрическим помехам и обеспечивает абсолютную изоляцию. Этот способ передачи предпочтителен для больших расстояний (>1 км), а также в сложных условиях, например вблизи электродвигателей и преобразователей частоты. Применение оптических сигналов в технических системах обусловлено в большей степени их помехоустойчивостью, чем высокой пропускной способностью. Более подробно оптические системы связи рассмотрены в разделе 9.,3.8.
Бинарные (двухпозиционные) исполнительные механизмы
Очень часто для управления достаточно исполнительных механизмов, имеющих только два рабочих состояния. Эти механизмы называются двухпозиционными или бинарными. Они похожи на электрический выключатель: включен - есть ток, выключен - тока нет. К двухпозиционным исполнительным механизмам, в частности, относятся магнитные клапаны, электромагнитные реле и электронные твердотельные выключатели. Для управления такими механизмами достаточно одного-двух бит, которые легко можно получить на выходе управляющего компьютера. Управляющий сигнал можно усиливать простым переключателем, а не сложным линейным усилителем.
Бинарные исполнительные механизмы бывают с одним (monostable) и двумя (bistable) устойчивыми состояниями. Исполнительный механизм с одним устойчивым состоянием, которому соответствует отключение питания, управляется только одним сигналом. Дистанционный контактор электродвигателя обычно является устройством такого типа. Пока на контактор приходит управляющий сигнал, двигатель получает питание, но как только сигнал пропадает, питание выключается.
Устройство с двумя устойчивыми состояниями сохраняет свое текущее состояние до тех пор, пока не получит новый управляющий сигнал, изменяющий его. Можно сказать, что исполнительный механизм "помнит" свое последнее положение. Например, чтобы привести в движение цилиндр, управляемый магнитным клапаном с двумя устойчивыми положениями, необходимы один сигнал для открытия и другой сигнал для закрытия. Исполнительные механизмы с двумя устойчивыми состояниями управляются импульсными, а не аналоговыми сигналами.
Использование микропроцессорной техники в системах автоматического управления.
Распределенные системы управления.
Распределённая система управления (англ. Distributed Control System, DCS) — система управления технологическим процессом, характеризующаяся построением распределённой системы ввода вывода и децентрализацией обработки данных.
РСУ применяются для управления непрерывными и гибридными технологическими процессами (хотя, строго говоря, сфера применения РСУ только этим не ограничена). К непрерывным процессам можно отнести те, которые должны проходить днями и ночами, месяцами и даже годами, при этом остановка процесса, даже на кратковременный период, может привести к порче изготавливаемой продукции, поломке технологического оборудования и даже несчастным случаям. Классическим примером непрерывного процесса является изготовление стекла в стекловаренной печи.
Сферы применения РСУ многочисленны:
Химия и нефтехимия.
Нефтепереработка и нефтедобыча.
Стекольная промышленность.
Пищевая промышленность: молочная, сахарная, пивная.
Газодобыча и газопереработка.
Металлургия.
Энергоснабжение и т. д.
Требования к современной РСУ:
Отказоустойчивость и безопасность.
Простота разработки и конфигурирования.
Поддержка территориально распределенной архитектуры.
Единая конфигурационная база данных.
Развитый человеко-машинный интерфейс.
История
Первые DCS были представлены на рынок в 1975 компаниями Honeywell (система TDC 2000) и Yokogawa (система CENTUM). Американский производитель Bristol Babcock в том же году представил свои универсальные контроллеры UCS 3000. Иногда к DCS относят систему Contronic 3 фирмы Schoppe & Faeser.
В 1979 году компания Fisher & Porter представила свою систему DCI-4000, а Invensys систему SPECTRUM.
В 1980 компания Bailey представила систему NETWORK 90, а компания Alfa Laval систему SattLine.
Современный рынок
Основными современными системами DCS сегодня являются:
ABB
System 800xA
Areva T&D
PACiS
Emerson Process Managment
Ovation
Honeywell
Experion PKS
TDC3000
Total Plant Solution (TPS)
Invensys Foxboro
I/A Series
Foxboro A2 (Eurotherm Suite)
Rockwell Automation
Logix
Schneider Electric
PlantStruXure на базе UAG
Siemens
SIMATIC PCS7 (включая CEMAT и BRAUMAT)
APACS
QUADLOG
SPPA-T3000
Yokogawa
CENTUM CS 3000
В сумме указанные производители занимают более половины мирового рынка DCS-систем. Прочие более-менее заметные производители это Alstom, Metso, Yamatake, Toshiba, Hitachi, Fuji.