Лекция №3

Тема: Автоматическая система регулирования

Вопросы:

1. Основные понятия. Функциональные схемы замкнутых и разомкнутых автоматических систем регулирования.

2. Классификация автоматических систем регулирования.

3. Состояния автоматических систем регулирования.

4. Показатели качества работы автоматических систем регулирования.

Вопрос №1

Основные понятия. Функциональные схемы замкнутых и

разомкнутых автоматических систем регулирования

Для обеспечения нормального хода технологического процесса на предприятиях пищевой промышленности недостаточно иметь АСИ и АСК, так как человек не успевает принять и проанализировать информацию о ходе технологического процесса. Поэтому современные предприятия оснащаются более сложными автоматическими устройствами и системами – автоматическими системами регулирования.

Для рассмотрения автоматических систем регулирования введем следующие понятия.

Алгоритм – это предписание, включающее содержание и последовательность операций, осуществляя которые можно разрешить определенную математическую задачу.

Различают алгоритм функционирования и управления.

Алгоритм функционирования – совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению технологического процесса. Данный алгоритм характеризует автоматическую систему в целом.

Алгоритм функционирования можно осуществить различными способами, подбирая алгоритм уравнения.

Алгоритм управления – совокупность предписаний определяющих характер управляющих воздействий на объект для выполнения им алгоритма функционирования.

Пример: В проточном теплообменнике необходимо подогреть воду с 20 до 30ºС. Подогрев осуществляется паром. Это является алгоритмом функционирования. Если вода не нагревается до 30ºС, то это исправить можно несколькими путями: снизить количество подаваемой воды или увеличить количество подаваемого пара. Это является алгоритмом управления.

Алгоритм управления определяет реакцию управляемого устройства на входные воздействия в виде управляющих воздействий на его выходе.

Алгоритм управления характеризует только управляющее устройство автоматической системы. Но при различных алгоритмах управления изменяется работа всей системы.

Регулируемый параметр – это физическая величина, которую требуется поддерживать постоянной или изменять по определенному закону (алгоритм функционирования).

Значение регулируемого параметра, которое необходимо поддерживать в процессе регулирования, называют заданным, а значение его в каждый момент времени – текущим.

Разность между текущим и заданным параметрами называют рассогласованием (или ошибкой).

Автоматический регулятор – это устройство, воздействующее на объект управления в соответствии с алгоритмом управления, для поддержания заданного значения регулируемого параметра.

Автоматическая система регулирования – это динамическая система связи между объектом и автоматическим управляющим (регулирующим) устройством, обеспечивающая выполнение объектом его функций (алгоритм функционирования) без участия человека.

По виду функциональной схемы, т.е. по взаимодействию отдельных конструктивных элементов выполняющих определенные функции в работе всей системы, АСР делятся на две большие группы:

1. Разомкнутые АСР.

2. Замкнутые АСР.

Автоматическая система регулирования с разомкнутой цепью взаимодействия.

Функциональная схема разомкнутой АСР содержит следующие элементы (рис.1).

Рисунок 1 – Функциональная схема разомкнутой АСР

Задающее устройство (ЗУ) - с помощью него оператор устанавливает заданное значение регулируемого параметра (Y_З) или закон изменения в соответствии с технологией.

Регулирующее устройство (РУ) – формирует регулирующее воздействие (Х_Р) на объект управления (О) в соответствии с алгоритмом управления для поддержания заданного значения.

Исполнительный механизм (ИМ) – обеспечивает перемещение регулирующего органа. В качестве исполнительного механизма выступают: асинхронные электродвигатели, электромагниты и т.д.

Регулирующий орган (РО) – изменяет подачу вещества или энергии (Х) в объект регулирования в соответствии с регулирующим воздействием(Х_Р).

Каждый элемент функциональной схемы оказывает определенное воздействие в виде определенного сигнала на последующий элемент. Такие воздействия элементов системы друг на друга называют внутренними воздействиями.

Воздействие, поступающее на элемент системы, называют входным сигналом, а выходящее воздействие – выходным сигналом.

Кроме внутренних воздействий звенья АСР испытывают внешние воздействия (f). К внешним воздействиям относятся:

1. Задающее воздействием (Y_З) – если оно изменяется во времени или другим причинам по определенному закону. Задача переменного параметра может осуществляться вручную оператором, или автоматически при помощи программного задатчика.

Считают, что при отсутствии изменения задающего воздействия, во времени, т.е.Y_З = f (T)=const, внешнее воздействие на данном участке отсутствует.

2. Изменение питания усилительно – преобразующих устройств (изменение напряжение питающего тока). При установившемся режиме питания считают, что внешнее воздействие на данном участке цепи отсутствует.

3. Основным внешним воздействием, вызывающим изменения состояния объекта регулирования а, следовательно, и величины регулируемого параметра являются возмущающие воздействия или просто возмущения.

Возмущения – это различные факторы, случайные по своей природе, которые нельзя заранее предусмотреть, вызывающие изменение технологического режима (алгоритма функционирования).

В основном возмущающие воздействия связаны с изменением количества вещества или энергии, температуры теплоносителя, состава сырья, характеристики технологического оборудования и т.д.

Из всего выше сказанного можно сделать следующие выводы:

Автоматическая система с разомкнутой цепью воздействия – это система, в которых входным воздействием для управляющего устройства являются внешнее воздействие (f) (задания, нагрузка и т.д.). Управляющее устройство в таких системах не реагирует на изменение регулируемого параметра (Y). Поэтому выходной параметр (Y), при наличии определенного рода возмущений может отличаться от заданного значения (Y_З).

Пример: регулирования теплового режима в печи можно осуществлять за счет поддержания постоянного поступления количества тестовых заготовок и теплоносителя определенной температуры. Но если изменится масса или влажность тестовых заготовок процесс нарушится

В замкнутых АСР (АСР с обратной связью) вышеуказанный недостаток отсутствует.