Готовимся к экзамену по автоматизации химических процессов

Основные принципы управления

Теория автоматического управления изучает принципы построения систем автоматического управления (САУ) и методы исследования процессов в этих системах; решает задачи синтеза, анализа, коррекции, экспериментального исследования и наладки САУ.Автоматическая система, которая в течение длительного времени требуемым образом изменяет или поддерживает неизменными какие-либо физические величины (координаты движущегося объекта, скорость движения, электрическое напряжение, частоту, температуру, давление и пр.) в управляемом процессе или системе, называется системой автоматического управления. САУ осуществляет управление без участия человека и формирует воздействия, обеспечивающие требуемый режим работы объекта управления – изменение выходных величин, характеризующих состояние объекта управления, в соответствии с заданным законом или обеспечение постоянства какой–либо выходной величины. САУ состоит из управляющих устройств (УУ) и объекта управления (ОУ). Величины, характеризующие состояние ОУ, называются выходными или управляемыми. Воздействия, поступающие на вход УУ, называются задающими. Воздействия, вырабатываемые УУ и непосредственно изменяющие состояние ОУ, называются управляющими. Воздействия, вызывающее несанкционированное отклонение управляемой величины от заданного значения, называются возмущающими воздействиями. Задающие и возмущающие воздействия объединяют в группу входных воздействий. Задача управления, по существу, заключается в формировании такого закона изменения управляющего воздействия, при котором обеспечивается заданный алгоритм при наличии возмущающих воздействий. Для решения этой задачи используются три фундаментальных принципа управления: разомкнутое управление, управление по возмущению (принцип компенсации) и замкнутое управление (принцип обратной связи или управление по отклонению). Сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что управление строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины, то есть текущее состояние ОУ не учитывается при выработке управляющих воздействий. Процесс работы системы не зависит непосредственно от результата ее воздействия на объект управления.

Задатчик алгоритма функционирования ЗАФ подает задающее воздействие x(t), которое преобразуется управляющими устройствами в управляющее воздействие z(t). Под воздействием управления состояние объекта управления ОУ, характеризуемое управляемой величиной y(t), изменяется так, чтобы значение y(t) было равно требуемому значению, величина которого определяется задающим воздействием x(t). Наличие возмущающего воздействия f(t) приводит к тому, что действительное значение управляемой величины y(t) отличается от заданного, то есть появляется ошибка управления. Если действие возмущений является постоянным или периодическим, ошибка управления накапливается, и, в пределе, может произойти отказ системы. Таким образом, принцип разомкнутого управления неприменим в условиях значительных помех и возмущений. В отсутствии возмущений воспроизведение заданной величины обеспечивается жесткостью характеристик устройств, входящих в состав схемы. Разомкнутое управление в чистом виде применяется редко и только в простых схемах. При реализации управления по отклонению управляющее воздействие на ОУ вырабатывается как функция отклонения управляемой величины от заданного значения. Схема управления содержит обратную связь, то есть управляемая величина с выхода системы подается на ее вход (рис.3.). Система управления по отклонению является, таким образом, замкнутой.На входе системы элементом сравнения ЭС производится вычитание x(t)-y(t)=(t). Величина (t) называется рассогласованием. Управляющие устройства УУ работают таким образом, чтобы все время сводить рассогласование к нулю. Обратная связь такого типа называется отрицательной. Универсальность и эффективность принципа управления по отклонению состоит в том, что он позволяет осуществить заданный закон изменения управляемой величины y(t) независимо от того, изменение какого из входных воздействий – задающего x(t) или возмущающего f(t) – вызвало возникновение рассогласования.

САУ по отклонению реагирует на интегрированное внешнее воздействие, проявляющееся в изменении контролируемой (измеряемой) управляемой величины. К достоинствам САУ по отклонению относятся простота технической реализации и высокая точность управления.К недостаткам систем с обратной связью следует отнести недостаточную оперативность, обусловленную тем, что действие системы направлено на ликвидацию рассогласования. То есть САУ сначала допускает изменение управляемой величины под воздействием внешних или внутренних возмущений, а потом его ликвидирует. При управлении по отклонению влияние возмущающих воздействий на выходную величину в значительной мере ослабляется, но не устраняется.В случае, когда изменение состояния ОУ под действием одного или нескольких определенных возмущений недопустимо, используют принцип управления по возмущению. Сущность принципа состоит в том, что измеренное датчиком возмущение преобразуется в воздействие, подаваемое на УУ, которое формирует управляющее воздействие z(t) с учетом возмущающего воздействия. z(t) подается на вход ОУ с целью компенсации (предотвращения) влияния данного возмущения на управляемую величину y(t)..Принцип управления по возмущению ориентирован не на следствие, как принцип обратной связи, а на причину, нарушающее равновесие объекта управления, т.е. основное возмущающее воздействие, и преобразование его в управляющее воздействие. К достоинствам САУ, реализованных по принципу возмущения, относится бόльшая оперативность по сравнению с системами ОС.Недостатком систем управления по возмущению является то, что они компенсируют влияние одного или нескольких заранее определенных возмущений и не могут предотвратить влияние на управляемую величину других возмущающих воздействий. При этом ошибка управления имеет место даже при учете всех возмущений, так как система не может противостоять изменению внутренних свойств УУ и ОУ. Улучшение качества управления в условиях действия возмущений может быть достигнуто с использованием комбинированного управления. В системах комбинированного управления на вход управляющих устройств, помимо рассогласования, вычисляемого по задающему воздействию и сигналу обратной связи, поступает сигнал, получаемый путем измерения возмущающих воздействий. Обычно в комбинированных схемах измеряется только основное возмущение, влияние остальных возмущений учитывается по цепи обратной связи.Класс автоматических систем, построенных на основе принципа замкнутого управления, получил название систем автоматического регулирования (САР).

 

Вы здесь: Home Автоматизация Готовимся к экзамену по автоматизации химических процессов