 |
Принцип обратной связи. Регулирование по отклонению.
|
|
|
|
Если сигнал обратной связи, подаваемый на вход системы, пропорционален только значению выходной переменной объекта в любой момент времени, то обратная связь называется жесткой. Если же сигнал обратной связи, подаваемый на вход системы, появляется не только при изменении выходной переменной объекта, но и ее производных, то обратная связь называется гибкой.
Если главная обратная связь жесткая, то она позволяет сравнить заданное и действительное значения регулируемой переменной и выявить имеющиеся отклонения (рассогласование, сигнал ошибки). Полученное отклонение поступает на вход регулятора, обеспечивающего поддержание выходной переменной на заданном уровне. Такой принцип называется регулированием по принципу отклонения регулируемой переменной от заданного значения (принцип Ползунова).
§1.3. Классификация систем автоматического управления в зависимости от идеализации, принятой при их математическом
описании
Точное математическое описание динамических систем представляет собою большие трудности, да и не связано с практической необходимостью.
Успех анализа САУ в значительной мере зависит от того, насколько правильно выбраны их математические модели.
Системы, динамика которых описывается линейными дифференциальными уравнениями, называют линейными системами. Для линейных систем справедлив принцип суперпозиции (наложения).
К нелинейным системам относят все системы, процессы в которых принципиально не могут быть описаны линейными дифференциальными уравнениями, и при их исследовании необходимо пользоваться нелинейными дифференциальными уравнениями.
Системой непрерывного действия называется такая система, в каждом из звеньев которой непрерывному изменению входной величины во времени соответствует непрерывное изменение выходной величины.
|
|
|
Дискретные системы управления отличаются от непрерывных или аналоговых тем, что сигналы в одной или нескольких точках этих систем представляют собой последовательность импульсов или цифровой код.
Непрерывные системы описываются дифференциальными уравнениями, дискретные - дифференциально-разностными, а дискретно-непрерывные - как теми, так и другими уравнениями.
Стационарной называется такая система, реакция которой на любой данный тип возмущения зависит только от интервала времени между данным моментом времени и моментом начала действия возмущения.
Автоматические системы управления называют стационарными, если они при постоянных внешних воздействиях описывается уравнениями, не зависящими явно от времени. Это означает, что свойства системы во времени не изменяются. В противном случае система называется нестационарной. Для линейных систем можно дать также следующие определения: стационарными линейными системами (звеньями) называют системы (звенья), которые описываются линейными уравнениями с постоянными коэффициентами; нестационарными линейными системами (звеньями) или системами с переменными параметрами - системы, звенья которых описываются линейными уравнениями с переменными коэффициентами.
Рис. 1.3.1. Классификация систем автоматического управления в зависимости от идеализации, принятой при их математическом описании.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (АСУТП).
О - отчет;
3 - задание;
И - информация;
РУ - ручное управление;
ЛРУ - управление при помощи локальных регуляторов;
НЦУ - непосредственно цифровое управление
НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ АСУТП
АСУТП предназначены для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления (ТОУ) в соответствие с принятым критерием управления (оптимизации) и с помощью современных средств сбора и переработки информации.
|
|
|
Наиболее распространенным критерием управления мощных производственных комплексов, является прибыль.
Совокупность совместно функционирующих ТОУ и АСУТП называют автоматизированным технологическим комплексом (АТК).
Блок АТК включает в себя:
1. чувствительные элементы - средства получения информации (сигналов) о состоянии ТОУ;
2. преобразователи - средства формирования и передачи информации в системе;
3. вторичные приборы и регуляторы - средства локального регулирования и управления;
4. средства вычислительной техники;
5. исполнительные устройства - средство воздействия на ТОУ;
6. блок связи с АСУТП - это средства передачи информации в смежные и вышестоящие АСУ.
Комплекс технических средств АСУТПфункционирует на основе
программного информационного и организационного обеспечения.
Программное обеспечение - совокупность программ, необходимых для
реализации функций АСУТП. Его подразделяют на общее и специальное программное обеспечения.
Информационное обеспечение включает: сигналы, характеризующие АТК: системы классификации и кодирования технологической и технико-экономической информации: массивы данных и документов, необходимых для выполнения всех функций АСУТП.
Организационное обеспечение представляет совокупность описаний системы и ее частей, инструкций и регламентов для оперативного персонала.
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ АСУТП
1. Сбор и первичная обработка информации: опрос чувствительных элементов с заданной частотой; фильтрация измерений; расчет действительных значений параметров по информации от чувствительных элементов (температуры, давления, уровня, расхода и т. д.) с учетом их характеристик и введение поправок на состояние контролируемых сред; усреднение и интегрирование параметров за час, смену, сутки и т.д.
2. Определение за час, смену, сутки оперативных ТЭП (технико -экономических показателей); фактических расходных показателей сырья, пара, эл/энергии; производительности по основному сырью и целевым потокам и т.д.
|
|
|
3. Контроль состояния установки, обнаружение отклонений текущих значений параметров от уставок регулятора, а также уставок от min и max - ума допускаемых значений; сигнализация и регистрация отклонений значений параметров от допускаемых значений; индикация параметров по вызову оператора, диагностика и поиск неисправностей.
4. Регулирование параметров - сравнение текущих значений с заданными и выдача соответствующих регулирующих воздействий.
5. Однотактное логическое управление реализующее функции защиты и блокировки; выполнение программных и логических операций дискретного управления процессом, оборудованием.
6. Оптимальное управление, то есть поиск и выдача оптимальных управляющих воздействий путем решения уравнений математической модели процесса. Это функция АСУТП - она из самых сложных и ответственных.
7. Прием, анализ и выдача заданий и ограничений; подготовка и выдача оперативной и обобщенной информации АСУТП.
8. Пуск и останов агрегатов производства.
Режимы работы АСУТП
В зависимости от степени участия человека в выполнении функций АСУТП различают:
1. Автоматизированный
режимы работы АСУТП
2. Автоматический
В 1 -ом режиме человек принимает участие в управлении; возможны варианты реализации данного режима:
а) ручное управление, при котором человек по информации о
состоянии ТОУ принимает решение и непосредственно воздействует на
процесс с помощью исполнительных механизмов;
б) режим «советчика», при котором вычислительная техника
рекомендует человеку оптимальное значения режимных параметров
процесса, обеспечивающих цели управления; а оператор на основе своего
опыта и знаний анализирует эти советы, а также информацию о процессе,
получаемую по различным каналам, принимает решение о целесообразности
изменений режима и в случае принятия совета вмешивается в работу объекта
управления, либо меняет задание регулятора, либо непосредственно с
помощью исполнительных механизмов;
в) диалоговый режим, когда оператор имеет возможность
корректировать постановку и условия задачи, решаемой вычислительной
техникой при выработке рекомендаций по управлению ТОУ.
|
|
|
Автоматический режим работы АСУТП просматривает выработку и реализацию управляющих воздействий без участия человека. Возможны следующие варианты:
а) режим косвенного управления, когда средства вычислительной техники автоматически изменяют уставки и коэффициенты настройки локальных систем автоматического регулирования;
б) режим прямого НЦУ, когда управляющие вычислительное устройство формирует воздействие на исполнительный механизм, при этом оно не только осуществляет поиск оптимальных значений параметров, но частично берет на себя функции локальных регуляторов.
Наиболее перспективным из всех перечисленных является режим НЦУ,
при этом обеспечивается возможность реализации более сложных законов
регулирования, появляется возможность реализации систем самонастройкой;
Применение НЦУ позволяет исключить из комплекса техн. средств (КТС)
вторичные приборы, а значит и громоздкие щитовые помещения с
панорамными мнемосхемами.
2. Измерительными приборами называют средства измерений, предназначенный для выработки сигналов измерительной информации, т.е информации о значениях измеряемой величины, допустимой для непосредственного восприятия наблюдением (вольтметр, амперметр, манометр).
3. Измерительные преобразователи называют средства измерений, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию. Измерительные преобразователи можно подразделить:
1) преобразователи электрических величин в электрические (трансформаторы, делители напряжения);
2) преобразователи неэлектрических величин в электрические (термометры, терморезисторы);
4. Измерительная установка состоит из ряда средств измерений (мер,
измерительных приборов и измерительных преобразователей) и
вспомогательных устройств, расположенных в одном месте;
5. Измерительные информационные системы - это совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи. Они предназначены для автоматического получения измерительной информации от ряда ее источников, а также на ее передачи и обработки. Измерения в зависимости от способа получения результата делятся:
1) прямые - называются измерения, результат которых получается непосредственно из опытных данных (амперметр, вольтметр);
2) косвенные - называют измерения при котором искомая величина непосредственно не измеряется, а ее значение находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений (закон Ома, газовый закон);
|
|
|
3) совокупные - называют измерения при которых искомое значение величины находится путем решения системы уравнений, выражаемых зависимость искомой величины от нескольких других величин.
Погрешности измерений
Результаты измерений физ. величин дают лишь приближенные ее значения.
Отклонение результата измерений от истинного значения измеряемой величины называют погрешностью измерений.
Погрешности измерений возникают при воздействии внешних факторов в зависимости от применяемой аппаратуры (аппаратная погрешность) в зависимости от выбранного метода измерения (методич. погрешность) в результате неточного отсчета (субъективная погрешность).
По способу выражения численного значения различают: 1. Абсолютная погрешность измерений:
∆А = Ах - А, где
∆А - истинное значение измеряемой величиной;
Ах - результат измерения.
2. Относительная погрешность:
∆δ = ∆А/А* 100%
Т.к. истинное значение А неизвестно, вместо него используют действительное значение, под которым понимают значение измеряемой величины, найдено экспериментально: обычно среднее - арифметического результата n - измерений.
Погрешности измерений носят систематический и случайный характер.
Систематическими погрешностями являются погрешности остающиеся постоянно или закономерно - изменяющимися при повторном измерении одной и той же величины. Они могут быть определены и устранены путем введения соответствующих поправок (погрешность градуировки прибора и влиянием внешних факторов).
Случайными называются погрешности изменяющиеся случайным образом при повторном изменении одной величины. Случайные погрешности нельзя исключить опытным путем (трение в упорах измерительных приборов).
Уменьшение влияния случайных погрешностей на результат измерения достигается путем многократных измерений величины в одинаковых условиях. При этом определяется среднее арифметическое
Ас.а. = (а(1) + а(2) +... +а(n)) / n, где а(1), а(2) - результаты отдельных измерений;
n - число измерений.
Для оценки точности измерений необходимо знать закон распределения случайных погрешностей (Гаусса)
P(s) - плотность вероятности;
σ - средне квадратичное отклонение.
Поэтому точность результата измерений Аср. можно оценить с помощью средней квадратичной погрешности:
Из данного выражения видно, что увеличения повторных измерений приводит к уменьшению σ результата измерений.
При нормальном законе распределения определяют доверительный интервал, в котором погрешность не выходит за принятые границы при заданной доверительной вероятности - р, и количество измерений - n.
По таблицам интеграла вероятности или таблицам Стьюдента для р и n определяют доверительный интервал или t(n) - коэффициент Стьюдента при n<30.
Окончательный результат измерений можно записать:
А = Аср ± t(n) * σn
|
|
|
