Concepte de bază și definiții

Bazele teoriei de control automat

Scopul principal al sprijinului informațional al sistemelor de control - crearea unui model dinamic de informații al obiectului, reflectând de stat sau anterioare ori sale actuale.

Managementul tehnic (de proces), obiectul este de a dezvolta echipe, punerea în aplicare a, care prevede o schimbare intenționată a stării obiectului, în conformitate cu cerințele și limitările specificate.

În funcție de nivelul de automatizare de fabricație sub obiectul de control (OB) înseamnă un aparat, mașină, asamblare, zona de proces, linia de proces separat sau instalație.

Starea obiectului în raport cu obiectivele de management determinate de valorile curente ale unui număr de variabile controlate, care sunt numite variabile controlate ale obiectului.

Impact a primit obiect din mediul extern și conduc la devieri nedorite ale variabilelor controlate, numite influențe perturbatoare sau tulburări.

Schimbarea variabilei manipulate în conformitate cu scopul de a controla, de exemplu, menținerea acestora la un nivel constant, prin alimentarea obiectului pe acțiuni de control special organizate.

Controlul se efectuează fără intervenție umană, numită automată. un dispozitiv tehnic, în acest caz, îndeplinește funcțiile de control, - un dispozitiv de control automat sau un controler (controler). Controlul obiect și un controler în comunicație unul cu celălalt formează un sistem de control automat.

În acest proces, operatorul primește informații cu privire la obiectivele de management actuale, starea curentă a obiectului de control și a mediului de funcționare a acesteia. În conformitate cu informațiile primite, controlorul generează acțiunile de control asupra obiectului, astfel încât obiectivul de management a fost atins.

Reprezentarea schematică a elementelor individuale ale sistemului (de obicei, un dreptunghi) și efecte ca și vectori care acționează asupra sistemului de mediul extern, numit o schemă bloc a unui sistem de control automat. În ceea ce privește funcțiile îndeplinite de elementele sistemului, fiecare sistem de control cuprinde cel puțin două elemente principale: obiectul gestionat, care se desfășoară procesul tehnic (Technology) și un controler, care îndeplinește funcția de comandă a procesului (figura 1.1a). Un sistem care are o astfel de structură poate fi operativ numai dacă sunt îndeplinite următoarele condiții: obiectul de control nu este afectat de nici o tulburare, un model matematic al obiectului este cunoscut pentru orice moment de timp, controlul dorit al algoritmului de control poate fi implementat cu precizia cerută. Violarea cel puțin una dintre aceste condiții duce la o deviere a cantității controlate din valoarea dorită. Pentru a evita acest lucru, să introducă canal de informații suplimentare, la care regulatorul primește informații despre valoarea reală a cantității controlate - feedback-ul. Acest lucru permite apariția cantității controlate de regulatorul deviere valoarea dorită pentru a efectua o schimbare suplimentară în acțiunea de control a obiectului care apare pentru a elimina abaterea (Figura 1b).

Fig. 1.1 - Sisteme de control simple diagrame: A - control direct; b - controlul feedback-ului (de respingere), aici:

x - valoarea programată, xp - acțiunea de control a organismului de reglementare, în - variabilă controlată, # 955; - perturbarea; KH - controler ON - obiect de control.

Canalul pe care valoarea de ieșire a cantității controlate a informațiilor transmise sistemului la intrarea controlerului este denumit canal de feedback. Sistemul de feedback este un circuit închis, cu toate acestea, astfel de sisteme sunt numite sisteme de control închise (Fig.1.1 b). Prin urmare, sistemul de control fără feedback-ul este numit sistem de control în buclă deschisă (fig. 1.1a).

În funcție de natura semnalului de referință (variabila de referință), sistem de control pot fi împărțite în trei tipuri:

1. Stabilizarea. în cazul în care variabila de referință nu se modifică în timp.

2. Management Software. În cazul în care valoarea de referință este cunoscută în funcția de avans (deterministe) de timp.

3. Controlul dependent sau de urmărire. În cazul în care valoarea de referință este nedefinită în funcția viitoare a timpului.

Managementul numit continuu. în cazul în care modificarea acțiunii de control efectuate de către controlorul are loc într-un proces continuu, în funcție de variabila de comandă schimbarea și variabila controlată. Dacă controlul intermitent ia măsuri de control doar una din mai multe valori posibile (în limita - doar două valori) sau este generat de controlorul în timp discret.

discrete de control se aplică atunci când algoritmul de control are caracter de condiții logice; În acest caz, logica de control se numește. Logica de control este cel mai frecvent utilizat în modul de pornire sau obiect tehnic se opresc atunci când este necesar, într-o anumită secvență să adopte unele motoare, mecanisme, dispozitive. În practică, managementul complexului tehnic (tehnologic) obiecte de controale continue și discrete utilizate împreună.

În general, din activitatea problemă generală de control izolat de eliminare a efectului asupra obiectivului de a acționa asupra controlului opune perturbațiilor necontrolate și erorile apărute în punerea în aplicare a dispozitivului tehnic a algoritmului de control. Această problemă este rezolvată în structura închisă a sistemului de control, care se numește subsistemul control automat. Ca rezultat al separării funcțiilor de control al controlerului de sistem este un clasament ierarhic două blocuri:

- unitate de reglare, îndeplinind funcții de control; acesta este de obicei numit regulator automat sau un regulator;

- unitate de comandă care generează efecte de comandă asupra autorității de reglementare, astfel încât obiectivul de control a fost atins.

(. Figura 1.2) Sistemul de management considerat poate fi considerat un nivel doi: primul nivel (inferior) constituie subsistemul reglementare; în al doilea rând - un bloc de comandă, și ca obiect efectuează subsistemului regulament. Acest tip de două niveluri de structuri de sisteme (multi-nivel) de control sunt numite structuri ierarhice ale sistemelor de control.

Fig.1.2 - Schema sistemului de control cu ​​două nivele: KB - comanda bloc P - regulator, ON - reglarea obiectului x - atribuire, u - variabilă manipulate, y - variabilă, controlată, hr - reglarea efectului, # 949; p - semnal de eroare, # 955; - tulburări.

Semnalul de eroare este o funcție de timp: # 949, p (t) = x (t) - y (t).

În Schemele anterioare informații incomplete cu privire la starea sistemelor de control ale obiectului, datorită faptului că operatorul controlează numai abaterea de control, ca rezultat final al acțiunii diverselor perturbații asupra sistemului controlat. Sistemul de comandă a circuitului în care operatorul primește informații suplimentare despre schimbarea perturbație # 955; a (t), prezentat în figura 1.3:

Fig. 1.3. - Schema de control automat de compensare perturbare a sistemului sau combinat.

Aici este indicat HF ​​- bloca compensarea perturbare # 955; pentru a - compensa indignarea. Astfel de sisteme sunt numite sisteme de control cu ​​tulburări sau compensare combinate.

Sistemele cu multiple închise contururi numite bucle multiple. Practica de automatizare, în anumite cazuri, o calitate acceptabilă de reglementare se realizează și în absența blocului de comandă, adică x (t) = u (t). Sistemele cu o singură buclă închisă se numește un singur circuit.

Obiectul procesului se numește reglare aparate, asamblare sau mașină, în care procesul de reglementare a unuia sau a mai multor parametri fizici. Parametrul variabil sau reglabil controlat numit cantitatea fizică (temperatură, presiune, debit, nivel, etc.), valoare care trebuie menținută constantă sau modificată de program. Impactului de reglementare menționat la impactul asupra obiectului de reglementare de către autoritatea de reglementare.

reglementare Obiectele caracterizat prin aceea că curge continuu substanță sau energie prin ele. Cantitățile de material sau de energie, care curg prin obiectul sau retrase de un obiect, numit sarcina. Rezultatele de schimbare a sarcinii într-o schimbare a parametrului controlat; pentru a menține variabila controlată la un nivel predeterminat, este necesar să se schimbe afluxul unei substanțe sau a energiei unui obiect în conformitate cu noua valoare a obiectului de sarcină.

Capacitatea obiectului controlat este cantitatea conținută în acesta într-un anumit moment de timp a substanței sau a energiei.

Condițiile cele mai nefavorabile pentru reglementarea avea loc la instantanee (în trepte) dezechilibru între sosirea și rata de substanțe sau facilitate de reglementare a domeniului energiei. Curba care arată modul în care variabila controlată în timpul t după o perturbație bruscă (schimbarea) și regulatorul oprit, se numește răspunsul tranzitoriu al curbei obiect sau accelerație (Fig. 1.4).

Fig. 1.4. răspuns tranzitorie odnoemkostnogo obiect

Unele obiecte în încălcarea egalității și afluxul de variabile controlate materie sau fluxul de energie are o nouă, constantă, fără interferențe externe. Astfel de obiecte au capacitatea de a auto-reglementare, acestea sunt numite statice. La obiecte având proprietățile de auto-nivelare, orice modificare a parametrului de control nu are nici un efect advers asupra influxului sau agenți de curgere (energie), în care parametrul este modificat continuu, astfel de obiecte sunt numite astatic.

răspuns tranzitorie odnoemkostnogo obiect cu auto-nivelare este o soluție pentru ecuația diferențială:

- ieșire valoarea obiectului controlat;

- valoarea variabilei de intrare a obiectului controlat;

În conformitate cu cele de mai sus, atunci când

în ecuația de mai sus, are sens ca răspuns tranzitoriu și o soluție de la = 0 este de forma:

Răspuns tranzitoriu prezentat în Fig. 4 (b) .mozhet fi aproximată prin ecuația funcției de transfer

în cazul în care: T - constantă de timp;

Funcțiuni de antrenare între semnalele de intrare și ieșire - p;

- ieșire valoarea obiectului controlat;

- valoarea variabilei de intrare a obiectului controlat;

k - câștig (transmisie).

Răspunsul pas pentru obiectele odnoemkostnyh (fig.4) reprezintă exponențială. Exponent are o proprietate în care tangenta trase din orice punct, se taie pe linia corespunzătoare noii valori la starea de echilibru a parametrului controlat, segmente identice. Aceste intervale de timp T sunt numite constanta de timp a sistemului controlat. timpul fizic constantă T este după cum urmează: în momentul în care parametrul de ajustare în schimbare în timpul autonivelare la o viteză constantă, pentru a trece de la valoarea curentă până când un echilibru (potențial).

O altă valoare care caracterizează obiectul controlului este un coeficient. Câștigul k arată numărul de ori modificarea parametrului (valoarea de ieșire) controlată este mai mare decât schimbarea cantității de intrare - efectele de reglementare în tranziția de la o valoare constantă la un alt parametru de control.

Sistemul de control automat de schimbare a parametrului de control nu începe imediat, dar după o anumită perioadă de timp după începerea perturbării. Este nevoie de o anumită perioadă de timp înainte de deplasarea regulatorului. Pornirea Regulator de deplasare, de asemenea, nu duce la o modificare instantanee a parametrului controlat. Acest fenomen se numește întârziere. Există două tipuri de întârziere: o întârziere pură și capacitate.

lag Net (transmisie, transport și la distanță) - intervalul de timp în care parametrul de ajustare după începerea perturbației nu se schimbă (Figura 1.5 b).

Adaptor (capacitanță) întârzierea are loc în obiectele mnogoemkostnyh atunci când mai multe containere sunt interconectate în serie prin diferite rezistență (termică, hidraulică și altele asemenea), care determină decelerarea trecerea de la un container de energie sau substanță în alta.

În mod normal, atunci când determină caracteristicile de tranziție ale sistemelor controlate funcționează prin întârzierea totală

în cazul în care - în timp ce întârziere pură;

- întârzierea de tranziție.

Fig. 1.5. Etapa de răspuns a unui obiect static cu întârziere

EXEMPLU obiect static cu auto-nivelare.

În timpul funcționării starea de echilibru, la un anumit alimentare cu combustibil, presiunea aburului în tamburul cazanului Rho (yo). Când creșterea de combustibil este crescută și devine egal cu P1 (yo), adică a atins din nou o stare de echilibru, dar la un alt nivel. Această nouă poziție de echilibru poate fi realizată fără controlerul (Fig. 1.6).

Figura 1.6. curba accelerației obiect static. sistem controlat al cazanului. Y - cantitate reglabilă de presiune a aburului în tamburul cazanului P. # 964; ck - întârzierea de transport, # 964; huiduială - întârziere capacitiv, T0 - timp de accelerare constantă, Tr - accelerare timp a sistemului controlat.

Un exemplu al unui obiect fără auto-nivelare poate fi nivelul de apă în tamburul cazanului (fig. 1.7). Odată cu creșterea dramatică apa de alimentare a cazanului tambur nivelul (H) crește în tambur. debitul de abur din cazan rămâne neschimbată, iar fluxul de apă continuă, astfel încât nivelul H este în creștere.

Fig. 1.7. curba de accelerație obiect astatic. sistem controlat - tamburul cazanului. Y - variabilă, controlată, nivelul apei în tamburul cazanului H # 964; ck - întârzierea de transport, # 964; huiduială - întârziere capacitiv, T0 - timp de accelerare constantă, Tr - accelerare timp a sistemului controlat.

funcționarea stabilă a sistemului fără control este imposibil obiect astatic.