- •М инистерство образования и науки Украины Национальная металлургическая академия Украины
- •Днепропетровск – 2009 содержание
- •Введение
- •1 АвтоматизациЯ производственных процессов
- •1.1 Процесс управления
- •Необходимость автоматизации современного производства
- •Особенности металлургических объектов автоматизации
- •Предпосылки успешной автоматизации:
- •Экономическая оценка эффективности автоматизации
- •1.6 Основные требования к автоматизации
- •2 Технологический объект и системы управления
- •2.1 Описание технологического объекта управления (тоу)
- •2.2 Математическая модель тоу и основная задача автоматизации
- •2.3 Классификация систем автоматического управления
- •I. По целям управления и виду алгоритмов
- •II. По типу систем автоматического управления
- •По виду математического описания
- •IV. По виду сигналов
- •V. По характеру задающего воздействия
- •VI. По методу управления
- •VII. Статические и астатические системы управления
- •VIII. Уровни асу
- •3 Переходные процессы и оценка их качества
- •3.1 Статическое и динамическое состояние системы
- •3.2 Виды переходных процессов
- •3.3 Типовые воздействия на объект
- •3.4 Оценка качества процесса управления
- •4 ФункцИональнЫе схемЫ автоматизацИи
- •4.1 Назначение и виды функциональных схем автоматизации
- •4.2 Обозначения элементов автоматики
- •4.3 Принципы составления функциональных схем автоматизации
- •4.4 Структурные схемы контроля и управления
- •4.4.1 Аср температуры в печи
- •4.4.2 Аср давления в рабочем пространстве печи
- •4.4.3 Аср соотношения «топливо-воздух»
- •4.4.4 Автоматическая защита и сигнализация
- •5 Принципы и режимы управления
- •5.1 Принцип разомкнутого управления (по заданию)
- •5.2 Управление по отклонению (принцип обратной связи)
- •5.3 Управление по возмущению (принцип компенсации)
- •5.4 Пример реализации принципов управления
- •5.5 Оптимальное и адаптивное управление
- •5.6 Режимы функционирования систем автоматизации
- •6 Типовые динамические звенья
- •6.1 Свойства типовых динамических звеньев
- •6.2 Понятие передаточной функции
- •6.3 Динамические звенья первого порядка
- •6.3.1 Пропорциональное звено
- •6.3.2 Апериодическое (инерционное) звено первого порядка
- •6.3.3 Идеальное интегрирующее звено
- •6.3.5 Идеальное дифференцирующее звено
- •6.3.7 Звено чистого запаздывания
- •6.4 Класификация динамических звеньев второго порядка
- •6.5 Передаточные функции соединений динамических звеньев
- •6.5.3 Встречно-параллельное соединение звеньев
- •7 Частотные характеристики систем управления
- •7.1 Амплитудная и фазовая частотные характеристики
- •7.2 Совмещенная частотная характеристика
- •7.3 Частотная передаточная функция
- •7.4 Частотные функции соединений звеньев
- •7.5 Логарифмические частотные характеристики
- •8 Устойчивость систем автоматического управления
- •8.1 Понятие равновесия и устойчивости
- •8.2 Математические критерии устойчивости
- •8.3 Области устойчивости сау в фазовом пространстве
- •9 Технические средства автоматизации
- •9.1 Состав и функции технических средств
- •9.2 Общие требования к тса
- •9.3 Требования к технологическим датчикам
- •9.4 Исполнительные устройства и требования к ним
- •9.5 Регулирующие органы
- •9.6 Разработка технических средств автоматизации
- •10 Автоматические регулирующие устройства
- •10.1 Типовые оптимальные переходные процессы регулирования
- •10.2 Законы регулирования и автоматические регуляторы
- •10.3 Синтез законов регулирования
- •10.4 Оптимальное управление
- •Микропроцессорная техника
- •11.1 Синтез логических управляющих устройств
- •11.2 Микропроцессорные системы
- •11.3 Структура и основные функции микроконтроллеров
- •12 Управляющие вычислительные комплексы
- •12.1 Принципы построения управляющих вычислительных комплексов
- •12.2 Технические и программные компоненты увк
- •Основные технические компоненты обеспечивают процесс измерения и обработку полученной информации. К ним относятся:
- •Общее прикладное по увк представляет собой организованную совокупность программных модулей, реализующих:
- •12.3 Требования к увк
- •Рекомендуемая литература
Введение
Под автоматикой понимают отрасль науки и техники, охватывающую теорию и принципы построения систем управления, действующих без непосредственного участия человека. В узком смысле, автоматика – совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса.[1]
Как самостоятельная область техники автоматика получила признание на II-й Мировой энергетической конференции (Берлин, 1930), где была создана секция по вопросам автоматического и телемеханического управления. В СССР термин «автоматика» получил распространение в начале 30-х гг. XX века. Автоматика как наука возникла на базе теории автоматического регулирования, основы которой были заложены в работах Дж. К. Максвелла (1868), И. А. Вышнеградского (1872–1878), А. Стодолы (1899) и др. В самостоятельную научно-техническую дисциплину окончательно оформилась к 1940 г.
История автоматики как отрасли техники тесно связана с развитием автоматов, автоматических устройств и автоматизированных комплексов. В стадии становления автоматика опиралась на теоретическую механику и теорию электрических цепей и систем и решала задачи, связанные с регулированием давления в паровых котлах, хода поршня паровых и частоты вращения электрических машин, управления работой станков-автоматов, АТС, устройствами релейной защиты. Соответственно и технические средства автоматики в этот период разрабатывались и использовались применительно к системам автоматического регулирования. Интенсивное развитие всех отраслей науки и техники в конце I половины XX в. вызвало также быстрый рост техники автоматического управления, применение которой становится всеобщим.
II половина XX в. ознаменовалась дальнейшим совершенствованием технических средств автоматики и широким, хотя и неравномерным для разных отраслей народного хозяйства, распространением автоматических управляющих устройств с переходом к более сложным автоматическим системам, в частности в промышленности – от автоматизации отдельных агрегатов к комплексной автоматизации цехов и заводов. Существенной чертой является использование автоматики на объектах, территориально расположенных на больших расстояниях друг от друга, например крупные промышленные и энергетические комплексы, системы управления космическими летательными аппаратами и т.д.
Для связи между отдельными устройствами в таких системах применяются средства телемеханики, которые совместно с устройствами управления и управляемыми объектами образуют телеавтоматические системы. Большое значение при этом приобретают технические (в том числе телемеханические) средства сбора и автоматической обработки информации, так как многие задачи в сложных системах автоматического управления могут быть решены только с помощью вычислительной техники. Наконец, теория автоматического регулирования уступает место обобщенной теории автоматического управления, объединяющей все теоретические аспекты автоматики и составляющей основу общей теории управления.
Важным понятием автоматики является «автомат». Автомат (от греч. autómatos – самодействующий) – самостоятельно действующее устройство (или совокупность устройств), выполняющее по заданной программе без непосредственного участия человека процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материала и информации. Автоматы применяются для повышения производительности и облегчения труда человека, для освобождения его от работы в труднодоступных или опасных для жизни условиях.
Автомат – одно из основных понятий кибернетики; абстрактная модель технической или биологической системы, перерабатывающая дискретную (цифровую) информацию дискретными временными тактами. Наиболее изучены конечные автоматы. Изучением таких автоматов занимается теория автоматов.
В технике вводится понятие «автоматическое управление» – совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления. Автоматическое управление широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья.