атоматика и разное. автоматика и разн (1). Автоматика Термины и определения

• Название: Автоматика Термины и определения
• Анкор: атоматика и разное
• Дата: 10.05.2022
• Размер: 1.52 Mb.
• Имя файла: автоматика и разн (1).pptx
• Тип: Закон; #519488

Автоматика

Термины и определения

Автоматика — отрасль науки и техники об управлении и контроле протекания различных процессов, действующих без непосредственного участия человека.

Автоматика является одним из разделов кибернетики — науки об общих законах управления как в живой, так и неживой природе.

Управление — это процесс воздействия на объект с целью привести его в желаемое состояние или положение.

Задачей автоматики как науки является разработка принципов и средств, необходимых для управления техническими объектами без участия человека.

Термины и определения

Теория автоматического управления (ТАУ) — это совокупность методов и специального математического аппарата, позволяющая спроектировать работоспособную промышленную систему автоматического управления (САУ), отвечающую заданным требованиям по качеству её работы. Система автоматического управления (САУ) — это совокупность технических средств для управления регулируемым параметром, в которой вычислительные и логические операции осуществляются с помощью специальных технических устройств: автоматического регулятора, программируемого контроллера или управляющей вычислительной машины (УВМ).

Термины и определения

Объект управления (ОУ) — это техническая установка или технологическая цепь установок, физико-химические процессы в которых управляются (регулируются) с помощью специальных технических средств. Технологические параметры — это физико-химические величины, характеризующие состояние технологического процесса в объекте управления (н., температура, давление, уровень, расход, скорость вращения, положение и др.).

Регулируемый параметр — технологический параметр, значением которого управляют с помощью специальных технических средств.

Термины и определения

Система ручного регулирования (СРР) — совокупность технических средств для управления регулируемым параметром, в которой вычислительные и логические операции осуществляются человеком-оператором. Управление — это совокупность действий, направленных на поддержание функционирования объекта в соответствии с заданной программой, выполняемых на основе определенной информации о значениях параметров управляемого процесса.

Термины и определения

Автоматизация — процесс, при котором функции управления и контроля осуществляются методами и средствами автоматики. Она характеризует освобождение человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций автоматическим устройствам.

Техническая направленность автоматизации позволяет организовать технологические процессы с такой скоростью, точностью, надежностью и экономичностью, которые человек обеспечить не может.

Экономическая направленность позволяет получить сравнительно быструю окупаемость первоначальных затрат за счет снижения эксплуатационных расходов и повышения объема и качества выпускаемой продукции.

Социальная направленность позволяет изменить характер и улучшить условия труда человека.

Системы автоматики

а) разомкнутая САУ;

б) система автоматического контроля;

в) замкнутая система автоматического регулирования (САР).

О – объект; Д – датчик;

У – управляющий орган;

И – исполнительный орган;

В – воспроизводящий орган.

Структура САУ (АСУТП)

Функциональная схема технологического процесса закаливания металла в электропечи с участием оператора (ручное регулирование)

Оператор

Прибор для фиксирования температуры в электропечи

Реостат

Термопара (датчик, измерительный элемент)

Электропечь для закаливания металла

Разность между требуемым и реальным значением температуры

Реальная температура в электропечи

x(t)

ε(t)

u(t)

Управляющее воздействие

Заданный закон изменения температуры y(t)

y(t) – заданная величина(заданная температура печи); x(t) – регулируемая величина (реальная температура); ε(t) – рассогласование (отклонение, ошибка); u(t) – управляющий сигнал (воздействие).

Функциональная схема автоматической системы, реализующей процесс закаливания металла в электропечи

Устройство, задающее нужное изменение температуры

Усилитель мощности

Термопара

Электропечь для закаливания металла

Обратная связь

x(t)

ε(t)

u(t)

y(t)

y(t) – заданная величина(заданная температура печи); x(t) – регулируемая величина (реальная температура); ε(t) – рассогласование (отклонение, ошибка); u(t) – управляющий сигнал (воздействие).

Привод

Реостат

Элемент сравнения

Типовая функциональная схема САУ

1

x(t)

ε(t)

u2(t)

y(t)

1 – задающее устройство; 2, 5 – сравнивающие устройства; 3 – преобразующее устройство; 4, 8 – корректирующие устройства; 6 – усилительное устройство; 7 – исполнительное устройство; 9 – объект управления; 10 – чувствительный (измерительный) элемент; 11 – элемент главной обратной связи

y(t) – задающее воздействие(входной сигнал); x(t) – регулируемая величина (выходной сигнал, реакция системы); ε(t) – рассогласование (отклонение, ошибка); u1(t), u2(t) – команды управления, n(t) – возмущающее воздействие (помеха).

2

yз(t)

3

4

6

5

u1(t)

7

8

9

n(t)

x(t)

10

11

Термины и определения

Система, в которой сигнал y(t) – известная функция (детерминированный сигнал) на всем промежутке управления, называется системой программного управления.

Система, в которой задающее воздействие y(t) = const, называется системой стабилизации.

Система, в которой задающее воздействие y(t) – случайная функция, называется следящей системой.

Существуют также:

• системы с поиском экстремума показателя качества;
• системы оптимального управления;
• адаптивные системы.

Структурная схема САУ по отклонению (принцип И.И. Ползунова)

Объект управления

Задание

μ

Xвх

Xвх

λ

Регулятор

Xвых

Структурная схема САУ по возмущению (принцип Ж. Понселе)

Объект управления

Задание

Xвых

Регулятор

μ

Xвых - регулируемый параметр

Xвх

Структурная схема комбинированной САУ

Задание 2

μ2

λ1

Регулятор 2

Объект управления

Задание 1

Регулятор 1

μ1

Xвых

Xвх

λ2

λ2

Классификация элементов автоматических систем

Группы элементов:

• измерительная, представляющая собой различного типа датчики, информирующие о достижении определенного значения контролируемого параметра;
• преобразовательная, служащая для усиления информационного сигнала и преобразования его в другой, удобный для управления;
• исполнительная, включающая в себя комплекс механизмов, непосредственно осуществляющих управление.

Классификационные признаки элементов автоматики

Элементы автоматики

Сравнение

Усиление

Распределение

Вычисление

Память

Логика

Характер сравнения

Принцип действия

Принцип действия

Функциональная зависимость

Принцип действия

Характер логических операций

Амплитуда

Частота

Фаза

Число импульсов

Длитель-ность импульсов

Знак

Код

Электронный

Магнитный

Электроме-ханический

Электро-машинный

Ионный

Фото-электрический

Гальвано-магнитный

Синхронный

Старт-стоповый

Шаговый

Выполняемые функции

Классификационные признаки

Задание опорных сигналов

Задание программы во времени

Задание программы для некоторых параметров

Дизъюнкция

Конъюнкция

Импликация

Константа

Стрела Пирса

Штрих Шеффера

Повторение

Сложение

Вычитание

Умножение

Деление

Возведение в степень

Логарифмирова-ние

Извлечение корня

Потенцирование

Интегрирование

Дифференцирова-ние
Датчик (измерительный элемент, электрический преобразователь, чувствительный элемент) – устройство, предназначенное для преобразования информации, поступающей на его вход в виде некоторой физической величины, на выходе в другую физическую величину, более удобную для воздействия на последующие элементы.

Основная характеристика датчика – зависимость выходной величины y от входной x, т.е. y = f(x).

Желательно чтобы эта зависимость была линейной.

Различают параметрические (пассивные) и генераторные (активные) датчики.

Усилитель - элемент автоматики, осуществляющий количественное преобразование (чаще всего усиление) поступающей на вход физической величины (тока, мощности, напряжения, давления и т.п.).

Усилитель обязательно должен иметь дополнительный источник энергии.

Основная характеристика усилителя – зависимость выходной величины y от входной x, т.е. y = f(x), при этом стремятся получить линейную или близкую к линейной характеристику на рабочем участке.

Стабилизатор – элемент автоматики, обеспечивающий постоянство выходной величины y при колебаниях входной величины x в определенных пределах.

Вид энергии на входе и на выходе стабилизатора (н., напряжения, тока) должен быть один и тот же.

Реле - элемент автоматики, в котором при достижении входной величины x определенного значения выходная величина y изменяется скачком.

Зависимость y = f(x) реле неоднозначна и имеет форму петли.

Распределитель - элемент автоматики, осуществляющий поочередное подключение одной величины к ряду других цепей.

Исполнительные устройства - устройства, обеспечивающие преобразование энергии (электрической, пневматической, гидравлической) в механическую и преодолевающее при этом значительное механическое сопротивление со стороны перемещаемых устройств. Статические свойства определяют способность объекта сохранять состояние равновесия и связь между различными состояниями его равновесия. Эта связь выражается различными статическими характеристиками объекта, представляющими собой зависимость между входной и выходной величинами в установившемся режиме.

Динамические свойства объекта регулирования обусловливают характер протекания его переходного процесса, т.е. процесса переходов объекта из одного состояния равновесия в другое.

Статические и динамические свойства объектов оцениваются по результатам решения дифференциальных уравнений, составленных на основании материального и энергетического баланса объектов, или экспериментально по снятым с объекта характеристикам.

Свойство объектов восстанавливать нарушенное равновесие называется свойством самовыравнивания, а объекты такого рода – статическими (устойчивыми) объектами.

Пример статического объекта регулирования:

Qвх – Qвых = 0,

Qвх и Qвых – расход на входе и на выходе объекта регулирования; 1,3 – входная и сливная трубы; 2 – вентиль.

При увеличении Qвх увеличивается высота уровня H, следовательно увеличивается напор на выходе и объем вытекаемой жидкости. В результате уровень стабилизируется на некоторой новой отметке.
Режим работы, при котором входной и выходной параметры постоянны, называется статическим (установившимся) режимом. Характеристики, описывающие этот режим называются статическими.

Статическими характеристиками обладают все элементы автоматической системы. Все характеристики можно разделить на: линейные и нелинейные.

Линейные характеристики:

Y = KX, Y = - KX + B,

X и Y – входной и выходной параметры объекта регулирования; K – коэффициент преобразования; B – постоянный коэффициент.

Статические характеристики объектов регулирования

а – с уровнем насыщения;

б – с зоной нечувствительности;

в – с уровнем насыщения и зоной нечувствительности;

г – со ступенькой;

д – с люфтом;

е – люфт с ограничением;

ж – релейная;

з – с зоной неоднозначности;

и – релейная с зоной нечувствительности;

к – релейная с зоной нечувствительности и неоднозначности.
Система регулирования называется статической, если при воздействии, величина которого с течением времени стремится к некоторому установившемуся постоянному значению, ошибка регулирования также стремится к постоянному значению, зависящему от величины воздействия.

Особенности статической системы:

• равновесие системы может быть при различных значениях регулируемой величины;
• каждому значению регулируемой величины соответствует единственное значение регулирующего органа;
• контур регулирования системы должен состоять из статических звеньев, осуществляющих функциональную связь между значениями входного и выходного параметров.

Объекты, в которых изменение выходной величины при возмущении происходит неограниченно и устанавливается лишь постоянная скорость её изменения, т.е. объекты не обладающие свойством самовыравнивания, называются астатическими объектами.
Пример астатического объекта регулирования:

Q = Qвх - Qвых,

Qвх – расход на входе и объекта регулирования; Qвых – подача насоса.

Система регулирования называется астатической, если при воздействии выходная величина с течением времени не стремится к некоторому установившемуся значению.

Особенности астатической системы:

• равновесие системы наступает при единственном значении регулируемой величины, равном заданному;
• регулирующий орган в такой системе должен иметь возможность занимать различные положения при одном и том же значении регулируемой величины.

Переход системы из одного установившегося режима в другой с иными значениями входного и выходного параметров называется динамическим режимом (переходным процессом).

Переходной функцией называют зависимость выходного параметра от времени при скачкообразном изменении входного сигнала.

Динамические свойства объектов проявляются, когда возникают возмущающие воздействия (управляемые и неуправляемые) на объект.

Управляемые – те, которые вызваны изменением режима работы объекта, неуправляемые – все остальные, которые не контролируются системой (изменение окружающей среды, пульсации питающего напряжения и др.)

Чтобы определить динамические свойства объекта, рассматривают зависимости изменения регулируемой величины при типовых возмущениях. Обычно пользуются функциями разгона.

Кривой разгона объекта называется функция изменения во времени выходного параметра переходного процесса, вызванного однократным ступенчатым возмущением на входе.

Поведение статического объекта в переходном режиме описывается дифференциальным уравнением

где Yз – заданное значение, t – текущее время.

Поведение астатического объекта в переходном режиме описывается дифференциальным уравнением

где t – текущее время.

а) б) в)

а – для статического объекта;

б – для астатического объекта;

в – колебательного типа при ступенчатом возмущении.

г) д) е)

г – колебательного типа при импульсном возмущении;

д – с запаздыванием для статических объектов;

е – с запаздыванием для астатических объектов.

Процесс считается установившимся, когда выходной параметр достигает значения 95% Yз.

Разницу между значениями выходного параметра в динамическом и установившемся режимах называют динамической погрешностью. Для её уменьшения стремятся уменьшить постоянную времени T.

Для статического объекта выходное значение никогда не достигает заданного значения Yз. За время T выходной параметр достигает значения 63% от своего нового установившегося значения.

Во время переходного процесса могут возникнуть колебания выходного параметра. Эти процессы возникают в сложных объектах, которые описываются диф. уравнениями второго порядка.

Амплитуда колебаний постепенно уменьшается, затухает.

Для количественной оценки затухания амплитуды вводят понятие коэффициента затухания

 = 0 – при незатухающем колебательном процессе;

 → 0 – колебательный процесс апериодический.

Другим параметром переходного процесса является перерегулирование

- для объекта колебательного типа при ступенчатом воздействии

- для объекта колебательного типа при импульсном воздействии

Основным показателем, характеризующим качество регулирования в установившемся режиме, является точность, с которой поддерживается постоянство регулируемого параметра.

Когда амплитуда колебательного процесса достигает значения 5% Yз, то с читается, что процесс установился. Этот отрезок времени определяет время регулирования tрег или время переходного процесса.