- •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
8 Устойчивость систем автоматического управления
8.1 Понятие равновесия и устойчивости
Одним из основных условий работоспособности САУ является ее устойчивость, т.е. способность системы возвращаться в исходное состояние после снятия или прекращения изменения воздействия, выведшего ее из этого состояния. Понятие устойчивости неразрывно связано с понятием равновесия.
Равновесным состоянием тела (или системы) называется такое состояние, в котором сумма всех внешних воздействий равна нулю. Равновесное состояние может быть устойчивым, неустойчивым и нейтральным.
Классической иллюстрацией этого положения (рис. 8.1) является поведение шарика, помещенного: на дно лунки (а), на вершину холма (б) и на горизонтальную плоскость (в). В каждом из этих случаев сумма внешних сил, действующих на шарик, равна нулю и, следовательно, шарик находится в состоянии равновесия.
Однако, если в первом случае после небольшого отклонения шарик через некоторое время вновь возвращается в исходное положение равновесия, то во втором он будет продолжать отклоняться от него, а в
Рис. 8.1. Механическая интерпретация понятия устойчивости
третьем – просто перейдет в новое положение равновесия, зависящее от величины отклонения.
Кроме того, такая система может быть устойчива при воздействиях, не выходящих за определенные пределы – «в малом», и неустойчива при больших воздействиях – «в целом» (см. рис. 8.1, г).
Рассмотрим с этой точки зрения системы автоматического управления.
Каждая САУ характеризуется неким равновесным состоянием, которое нарушается при внешних воздействиях. Это могут быть сигналы управления, помехи и т.п. Под устойчивостью САУ подразумевается свойство системы возвращаться к первоначальному состоянию после прекращения воздействия, выведшего систему из этого состояния.
Обозначим у(t0) – значение выходной величины в исходном равновесном состоянии системы (в момент времени t = t0), y(t) – текущее значение выходной величины после нанесения возмущения f(t).
САУ будет являться устойчивой, если при t величина y(t) стремится к своему начальному значению y(t0) в случае f(t) = сonst или после снятия воздействия f(t)=0.
Если при этом амплитуда отклонения выходной величины объекта управления не превышает допустимых по технологии значений, а наличие ее колебаний не ухудшает работу агрегата – такую систему можно эксплуатировать.
Неустойчивая система не возвращается к состоянию равновесия по окончании или стабилизации воздействия, а непрерывно удаляется от него или совершает недопустимо большие колебания.
Заметим, что нейтральные САУ, в которых по окончании воздействия устанавливается новое состояние равновесия, отличное от первоначального и зависящее от произведенного воздействия, являются неустойчивыми.
Реальные системы обычно работают в условиях непрерывно изменяющихся воздействий, при этом установившиеся режимы вообще отсутствуют. В таких случаях применяют обобщенное определение: «Система динамически устойчива, если ее выходная величина остается в пределах допустимых отклонений в условиях действия ограниченных возмущений».
В связи с этим можно сказать, что системы автоматического управления устойчивы, если происходящие в них переходные процессы сходятся. Выясним, какими особенностями математического описания систем определяется эта сходимость.