Курсовая. Система автоматического управления (сау) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде случаев вспомогательные для сау операции (пуск, остановка, контроль, наладка и т д
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
Рисунок 1.1Элемент автоматики Точка автоматической системы или устройства, к которой приложено рассматриваемое воздействие, называется Входом x(t), а та точка, в которой наблюдается эффект, вызванный рассматриваемым воздействием – Выходом y(t). F(t) называется Внешним воздействием т. е. воздействие внешней среды, а под Внутренним понимается воздействие одной части автоматической системы на другую в системе автоматического управления. Возмущающим считают воздействие, которое не предусмотрено алгоритмом управления. На практике возмущающие воздействие ухудшает или нарушает работу системы автоматического управления. Чувствительный элемент, или измерительное устройство, измеряет действительное значение Управляемой величины У (T) и преобразует его в однозначно соответствующую величину У1t, удобную для сравнения с задающей величиной G1(T). Если чувствительный элемент создает электрический или пневматический сигнал, то его называют первичным преобразователем. Преобразующий элемент служит для преобразования сигналов в удобный вид и иногда объединяется в одно целое с датчиком или с другим элементом для дальнейшего использования. Задающий элемент формирует задающее воздействие G(T), которое определяет необходимое значение управляемой величины, и преобразует его в однозначно соответствующую величину G1(T), удобную для сравнения с величиной Y1(T). В качестве задающего элемента могут использоваться различные кулачковые механизмы, функциональные потенциометры, перфокарты, магнитные пленки, профильные диаграммы и т. п. Иногда задающий элемент конструктивно объединяется в одно целое с измерительным и сравнивающим элементом. Сравнивающий элемент в наиболее распространенном виде измеряет разность сигналов (ошибку) Х(T)=G1(T) – у1(T). В сравнивающем элементе может происходить и суммирование сигналов. В качестве сравнивающих элементов могут использоваться потенциометры, механические дифференциалы и сельсинные пары в трансформаторном режиме для сравнения угловых перемещений, устройства на резисторах для сравнения и суммирования электрических напряжений, токов и т. п. Усилительный элемент усиливает сигнал рассогласования Х(T) до величины, достаточной для приведения в действие исполнительного элемента. В системах автоматического управления чаще всего используются электрические (электронные, релейные, электромагнитные, магнитные, полупроводниковые и др.), гидравлические и пневматические усилители. Последние имеют высокие коэффициенты усиления по мощности и выполняют одновременно роль исполнительных элементов (серводвигателей, сервомеханизмов). Исполнительный элемент вырабатывает и подает на регулирующий орган объекта управления управляющее воздействие И(T). По виду используемой энергии исполнительные элементы разделяют на электрические (электродвигатели постоянного и переменного тока, однооборотные электрические исполнительные механизмы и др.), гидравлические и пневматические (серводвигатели, характеризующиеся большими усилиями, быстродействием и высокой точностью). Объекты управления – это различные технические устройства, энергетические и силовые установки, транспортные средства, отдельные механизмы устройств и т. д. Корректирующий элемент, или местная обратная связь– это специальные устройства, вводимые в систему для улучшения качества управления. Главная обратная связь – это связь между выходом системы и входом, образующая замкнутый контур управления. Управляемым объектом. Называют устройство, которое непосредственно осуществляет технологический процесс, нуждающийся в оказании специально организованных воздействий извне для выполнения его алгоритма. Автоматическое управляющее устройство осуществляет воздействие на управляемый объект в соответствии с алгоритмом управления. Алгоритм функционирования — это совокупность правил, предписаний или математических зависимостей, определяющих правильное выполнение технологического процесса в каком-либо устройстве. Он составляется на основании технологических, экономических и других требований без учета динамических искажений. Алгоритм управления — это совокупность, предписаний, определяющих характер управляющих воздействий на объект с целью осуществления им заданного алгоритма функционирования с учетом динамических свойств системы. Программное управление – это, алгоритм функционирования при котором выходная величина объекта изменяется по заранее заданной программе. Различают системы с временным и пространственным программным управлением (искусственный рассвет, системы с программным управлением). Представим наиболее общий случай построения систем автоматического управления, содержащий максимум элементов (рис. 1.2), где ЗЭ – задающий элемент, СЭ – сравнивающий элемент, ЧЭ – измерительный (чувствительный) элемент, ПЭ – преобразующий элемент, УЭ – усилительный элемент, ИЭ – исполнительный элемент, ОУ – объект управления, КУ – местная обратная связь, ГОС – главная обратная связь.  Рисунок1.2 Система автоматического управления в общем виде Задача автоматического управления Теория автоматического управления изучает общие принципы построения автоматических систем и методы их исследования, независимо от физических процессов, протекающих в этих системах. Основными задачами теории управления являются исследования статических (или установившихся) и динамических свойств автоматических систем и разработка систем, свойства которых удовлетворяют заданным требованиям. При создании системы автоматического управления необходимо оценить её ожидаемое поведение при эксплуатации и предусмотреть такие технические решения устройства управления, которые обеспечили бы достижение требуемого результата управления во всех предусмотренных случаях функционирования объекта управления. Управление представляет собой процесс, протекающий в реальном времени функционирования объекта управления. Этот процесс характеризуется изменением состояния объекта управления, изменением управляющих воздействий, изменением возмущений и т.д. Характер таких изменений может быть различным, в том числе и недопустимым с точки зрения цели функционирования объекта. Все эти особенности необходимо выявить ещё до реализации системы автоматического управления. На рисунке 1.3 показаны процессы, возможные в системе автоматического регулирования скорости вращения вала паровой машины при разных характеристиках регулятора. Характеристики регулятора могут меняться в процессе его изготовления и настройки. Управляемой величиной в рассматриваемом примере является угловая скорость вращения вала паровой машины. За единицу принята номинальная скорость вращения вала.  Рисунок 1.3 Процессы, автоматического регулирования скорости вращения вала паровой машины при разных характеристиках регулятора График 1 относится к случаю, когда при подаче пара в паровую машину она медленно и плавно набирает обороты выходного вала до установления заданной скорости вращения. На внешние возмущения регулятор в этом случае будет реагировать медленно и переходные процессы в системе растягиваются во времени. В случае 2 переходный процесс в системе также плавный, но протекает существенно быстрее, чем в первом случае. Следовательно, регулятор будет быстро реагировать на возникающие возмущения, плавно и быстро устраняя их последствия. Быстродействие системы высокое. В случае, иллюстрируемом графиком 3, переходный процесс носит колебательный характер. Заданная скорость вращения устанавливается медленно, и процесс сопровождается периодическими колебаниями скорости вращения, которые постепенно затухают. При этом на начальном отрезке процесса наблюдается существенное превышение заданной скорости вращения вала, или перерегулирование. Перерегулирование, как правило, нежелательное свойство системы автоматического управления. Колебательный процесс приводит к возникновению в системе знакопеременных динамических нагрузок, что является нежелательным свойством системы с колебательным переходным процессом. В случае 4 процесс в системе также носит колебательный характер, однако с течением времени процесса колебания не только не затухают, но, наоборот, их амплитуда возрастает. Вал паровой машины в этом случае будет вращаться в неустойчивом режиме: то останавливаясь, то набирая предельную скорость вращения. Использовать паровую машину в таком режиме нельзя и система автоматического управления становится неработоспособной. Системы с подобными свойствами называют неустойчивыми. При проектировании системы автоматического управления необходимо стремиться получить наилучший процесс в системе так, чтобы нужный режим устанавливался бы плавно и за минимальное время. Проектируемая система должна иметь достаточно высокое быстродействие. Кроме того, отклонения управляемой величины от заданного значения (ошибка системы) не должны превышать допустимых значений. Система автоматического управления должна обеспечивать требуемую точность управления. Во всех случаях система автоматического управления должна быть устойчивой и адекватно реагировать на задающие воздействия, переходя при изменении уставок в требуемый установившийся режим работы. При выводе системы из состояния установившегося равновесия внешними возмущениями, система автоматически должна возвращаться в это состояние. Предметом изучения теории автоматического управления являются методы, позволяющие описывать свойства системы автоматического управления математическими методами, исследовать поведение автоматической системы с использованием её математической модели и создавать системы автоматического управления с заданными свойствами. Методы теории автоматического управления позволяют решать следующие задачи для систем автоматического управления: · аналитическое описание свойств системы автоматического управления и процессов в системе (математическая модель системы); · исследование свойств системы и особенностей процессов в ней с использованием математической модели системы (задача анализа системы); · создание системы автоматического управления с заданными свойствами, определяющими быстродействие системы и точность управления (задача синтеза системы). Задача терминального управления заключается в "перемещении" объекта управления в заданную конечную (терминальную) точку. Особенность терминальной задачи, в отличие от стабилизации, заключается в том, что величина начального отклонения может быть достаточно велика. Это обусловливает необходимость выбора особой стратегии управления (минимизации быстродействия или энергетических затрат, ограничений на управляющие сигналы и переменные состояния и т.д.). Полное устранение рассогласования в реальных системах не достигается, в силу влияния на систему в реальной среде возмущающих воздействий f(t), ограниченной точности измерительных датчиков и погрешности работы собственно системы стабилизации. Для оценки эффективности решения задач управления вводятся показатели качества управления. Принципы действия САУ При проектировании САУ решают, как наиболее простым и технико-обоснованным способом получить и передать необходимый объем информации. Для этого исследуют принципы построения систем. Основными принципами построения систем являются: 1 принцип разомкнутого управления; 2 принцип управления по отклонению; 3 принцип компенсации; 4 принцип комбинированного управления. Принцип разомкнутого управления. Данный принцип заключается в том, что алгоритм управления строится только на основе алгоритма функционирования путем предварительного выбора законов, определяющее действие управляемого устройства или регулятора с учетом свойств управляемого объекта. Алгоритм функционирования может задаваться отдельным устройством (ЗАФ) или может быть заложен в конструкцию управляющего устройства или регулятора. Принцип управления по отклонению. Этот принцип также именуется принципом Уатта-Ползунова. Рассматриваемый принцип управления основан на том, что управляющее воздействие в автоматическом устройстве управления или регуляторе вырабатывается с учетом информации об отклонении. Управление величины от заданного значения. Чтобы реализовать этот принцип, в автоматическом устройстве управления или в автоматическом регуляторе должно происходить сравнение действительного значения y(t) с заданным или предписанным x(t), и в зависимости от результатов полученного сравнения, формируется управляющее воздействие. Примером реализации данного принципа может служить пример замкнутого цикла функционирования. Принцип управления по возмущению. Рассматриваемый принцип основан на том, что управляющее воздействие в САУ выбираются в зависимости от результатов измерения возмущающего воздействия, оказывающего влияние на ОУ. Функциональная схема управления такой САУ имеет вид:  |