Презентация - Никитин А.А. Управление техническими системами

Подождите немного. Документ загружается.

УПРАВЛЕНИЕУПРАВЛЕНИЕ

УПРАВЛЕНИЕ

ТЕХНИЧЕСКИМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ

СИСТЕМАМИСИСТЕМАМИ

Рекомендовано Сибирским региональным УМО высших Рекомендовано Сибирским региональным УМО высших

учебных заведений РФ по образованию для межвузовскогоучебных заведений РФ по образованию для межвузовского

учебных

заведений

РФ

по

образованию

для

межвузовского

учебных

заведений

РФ

по

образованию

для

межвузовского

использования в качестве учебного пособия для студентов, использования в качестве учебного пособия для студентов,

обучающихся по направлению 657400 обучающихся по направлению 657400 --«Гидравлическая, «Гидравлическая,

вакуумная и компрессорная техника» вакуумная и компрессорная техника»

Вве

ениеВве

ение

дд

В задачах управления широко используется понятие система. В задачах управления широко используется понятие система.

Система есть совокупность объектов или элементов, связанных Система есть совокупность объектов или элементов, связанных

какимикакими

либо формами взаимодействия и образующих некотороелибо формами взаимодействия и образующих некоторое

какимикакими

либо

формами

взаимодействия

образующих

некоторое

либо

формами

взаимодействия

образующих

некоторое

целостное единство.целостное единство.

Вода

Пар

К первым системам К первым системам

автоматическогоавтоматического

Пар

автоматического

регулирования регулирования

относится система (рис. относится система (рис.

1) состоящая из котла1) состоящая из котла

состоящая

из

котла

состоящая

из

котла

паровой машины и паровой машины и

предложенного И. И. предложенного И. И.

Ползуновым в 1765 гПолзуновым в 1765 г

Топка

Ползуновым

1765

Ползуновым

1765

поплавкового поплавкового

регулятора уровня регулятора уровня

водыводы

Рис 1 Паровой котел с регулятором

воды

Рис

Паровой

котел

регулятором

уровня

В этой системе (рис. 2) при В этой системе (рис. 2) при

нии

ло

орос

ти и

нии

ло

орос

ти

зее уло о с оросзее уло о с орос

вала паровой машины 1 грузы вала паровой машины 1 грузы

2 центробежного регулятора 2 центробежного регулятора

вследствие изменения вследствие изменения

центробежных сил удаляютсяцентробежных сил удаляются

центробежных

сил

удаляются

центробежных

сил

удаляются

от вала или приближаются к от вала или приближаются к

нему. При этом муфта 3 нему. При этом муфта 3

ег

лято

а по

нимается или

ег

лято

а по

нимается или

ру р дру р д

опускается, вызывая опускается, вызывая

противоположное противоположное

перемещение связанной с ним перемещение связанной с ним

рычагом задвижки 4 Так еслирычагом задвижки 4 Так если

рычагом

задвижки

Так

если

рычагом

задвижки

Так

если

угловая скорость вала паровой угловая скорость вала паровой

машины 1 увеличивается, машины 1 увеличивается,

ру

зы 2

ент

обежного г

ру

зы 2

ент

обежного

Пар

ру црру цр

механизма расходятся, муфта механизма расходятся, муфта

3 поднимается и с помощью 3 поднимается и с помощью

рычага перемещает задвижку 4 рычага перемещает задвижку 4

вниз Это уменьшает расходвниз Это уменьшает расход

вниз

Это

уменьшает

расход

вниз

Это

уменьшает

расход

пара, поступающего в машину, пара, поступающего в машину,

что приводит к снижению что приводит к снижению

частоты в

ения вала

о частоты в

ения вала

Рис. 2. Паровая машина с регулятором скорости

рщ дрщ д

первоначального значения. первоначального значения.

Широкое внедрение автоматического управления в различные Широкое внедрение автоматического управления в различные

отрасли народного хозяйства (промышленность, энергетику, отрасли народного хозяйства (промышленность, энергетику,

сельское хозяйство

на т

анспо

те

)

объясняется сле

ду

ими сельское хозяйство

на т

анспо

те

)

объясняется сле

ду

ими

, рр) ду щ, рр) ду щ

причинами:причинами:

в связи с развитием и совершенствованием машин, в связи с развитием и совершенствованием машин,

аппаратов, станков и других устройств настолько аппаратов, станков и других устройств настолько

усложнились многие процессы управления что они не могутусложнились многие процессы управления что они не могут

усложнились

многие

процессы

управления

что

они

не

могут

усложнились

многие

процессы

управления

что

они

не

могут

быть осуществлены непосредственно человекомбыть осуществлены непосредственно человеком--оператором;оператором;

автоматизация обеспечивает улучшение качества продукции, автоматизация обеспечивает улучшение качества продукции,

повышение на

ежности технических систем

сок

ение повышение на

ежности технических систем

сок

ение

д , рщд , рщ

эксплуатационных расходов;эксплуатационных расходов;

автоматическое управление необходимо при таких автоматическое управление необходимо при таких

процессах, которые могут быть вредными для здоровья процессах, которые могут быть вредными для здоровья

((

человека

(

химические производства, ядерная энергетика и т. человека

(

химические производства, ядерная энергетика и т.

п.).п.).

1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ВИДЫ СИСТЕМ1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ВИДЫ СИСТЕМ

ВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

Обобщенные функциональные схемы систем автоматического Обобщенные функциональные схемы систем автоматического

регулирования. Объект регулирования, регулятор. Основные регулирования. Объект регулирования, регулятор. Основные

законы регулирования. Требования, предъявляемые к системамзаконы регулирования. Требования, предъявляемые к системам

законы

регулирования.

Требования,

предъявляемые

системам

законы

регулирования.

Требования,

предъявляемые

системам

автоматического регулирования. Устойчивость, точность, автоматического регулирования. Устойчивость, точность,

качество процессов регулирования.качество процессов регулирования.

Обобщенную структурную Обобщенную структурную

схему системы схему системы

автоматического автоматического

(

)

f(t)

(

)

регулирования можно регулирования можно

представить в виде представить в виде

замкнутой цепизамкнутой цепи

(

)

u(t)

(

)

P PO

замкнутой

цепи

замкнутой

цепи

состоящей из двух состоящей из двух

элементов (рис. 1.1): элементов (рис. 1.1):

регулятора (Р) ирегулятора (Р) и

Рис. 1.1. Структурная схема САР

регулятора

(Р)

регулятора

(Р)

регулируемого объекта регулируемого объекта

(РО).(РО).

В этой системе текущее значение регулируемой величины В этой системе текущее значение регулируемой величины yy((tt) )

сра

внив

ае

зада

нным

за

сра

внив

ае

зада

нным

за

((

)

её

ния и

)

её

ния и

сра ае с с зада за о осра ае с с зада за о о

((

) её зее) её зее

определяется ошибка (рассогласование):определяется ошибка (рассогласование):

(

1.1

)(

1.1

)

)()()(ε





()()

Заданный закон Заданный закон gg((tt) изменения регулируемой величины называют ) изменения регулируемой величины называют

в теории автоматического регулирования задающим в теории автоматического регулирования задающим

воздействием.воздействием.

Для уменьшения ошибки до допустимых пределов регулятор Для уменьшения ошибки до допустимых пределов регулятор

оказывает регулирующее воздействие оказывает регулирующее воздействие uu((tt) на регулируемый ) на регулируемый

объект. Ошибки в системах автоматического регулирования объект. Ошибки в системах автоматического регулирования

возникают вследствие внешних воздействий (возмущений)возникают вследствие внешних воздействий (возмущений)

((

))

возникают

вследствие

внешних

воздействий

(возмущений)

возникают

вследствие

внешних

воздействий

(возмущений)

((

)

на регулируемый объект или в результате изменения на регулируемый объект или в результате изменения

задающего воздействиязадающего воздействия gg((tt).).

Приведенная на рис 11структурная схема показывает что вПриведенная на рис 11структурная схема показывает что в

Приведенная

на

рис

структурная

схема

показывает

что

Приведенная

на

рис

структурная

схема

показывает

что

системе автоматического регулирования происходит передача системе автоматического регулирования происходит передача

сигналов по замкнутому контуру. При этом реализуется сигналов по замкнутому контуру. При этом реализуется

основной принцип построения систем автоматического основной принцип построения систем автоматического

й бйй бй

регулирования, заключающи

ся в применении о

ратно

связи, регулирования, заключающи

ся в применении о

ратно

связи,

по которой информация об изменении регулируемой величины по которой информация об изменении регулируемой величины

от регулируемого объекта передается регулятору. от регулируемого объекта передается регулятору.

12 Основные элементы регуляторов12 Основные элементы регуляторов

Основные

элементы

регуляторов1

Основные

элементы

регуляторов

Регуляторы состоят из отдельных связанных между собойРегуляторы состоят из отдельных связанных между собой

Регуляторы

состоят

из

отдельных

связанных

между

собой

Регуляторы

состоят

из

отдельных

связанных

между

собой

элементов, каждый из которых осуществляет преобразование элементов, каждый из которых осуществляет преобразование

воздействий, полученных от предыдущего элемента, и воздействий, полученных от предыдущего элемента, и

пе

ач

еоб

азованных сигналов

альше по конт

уру

пе

ач

еоб

азованных сигналов

альше по конт

уру

рд у рр д урурд у рр д уру

системы автоматического регулирования. Величину, системы автоматического регулирования. Величину,

характеризующую воздействие на элемент, называют входной характеризующую воздействие на элемент, называют входной

(входной сигнал), а величину, определяющую сигнал после (входной сигнал), а величину, определяющую сигнал после

элементаэлемента

выходной (выходной сигнал)выходной (выходной сигнал)

элемента

––

выходной

(выходной

сигнал)

выходной

(выходной

сигнал)

По принципу действия элементы регуляторов могут быть По принципу действия элементы регуляторов могут быть

выполнены в виде электрических, электронных, механических, выполнены в виде электрических, электронных, механических,

гидравлических и пневматических устройств Элементы погидравлических и пневматических устройств Элементы по

гидравлических

пневматических

устройств

Элементы

по

гидравлических

пневматических

устройств

Элементы

по

функции, которую они выполняют в системе, могут быть функции, которую они выполняют в системе, могут быть

отнесены к одному типу. В системах автоматического отнесены к одному типу. В системах автоматического

регулирования применяют следующие типовые элементы: регулирования применяют следующие типовые элементы:

чувствительные элементы, элементы сравнения, усилители, чувствительные элементы, элементы сравнения, усилители,

исполнительные элементы, корректирующие элементы. исполнительные элементы, корректирующие элементы.

ЧЧ

йй

увствительными элементами

увствительными элементами называются устро

ства, называются устро

ства,

измеряющие отклонение регулируемой величины от заданного измеряющие отклонение регулируемой величины от заданного

значения либо реагирующие на возмущающее воздействие, значения либо реагирующие на возмущающее воздействие,

приложенное к регулируемому объекту, и преобразующиеприложенное к регулируемому объекту, и преобразующие

приложенное

регулируемому

объекту,

преобразующие

приложенное

регулируемому

объекту,

преобразующие

результаты таких измерений в сигналы управления.результаты таких измерений в сигналы управления.

Элементами сравненияЭлементами сравнения называются устройства, называются устройства,

осуществляющие вычитание одной величины из другой.осуществляющие вычитание одной величины из другой.

Усилителями Усилителями называются устройства, которые усиливают по называются устройства, которые усиливают по

мощности сигналы управления, поступающие от мощности сигналы управления, поступающие от

чувствительного или элемента сравнения к исполнительному чувствительного или элемента сравнения к исполнительному

элементуэлементу

элементу

Исполнительные элементыИсполнительные элементы –– это устройства, это устройства,

воспринимающие сигналы управления и воздействующие воспринимающие сигналы управления и воздействующие

непосредственно или через вспомогательные устройства нанепосредственно или через вспомогательные устройства на

непосредственно

или

через

вспомогательные

устройства

на

непосредственно

или

через

вспомогательные

устройства

на

регулирующие органы регулируемых объектов.регулирующие органы регулируемых объектов.

Корректирующими элементамиКорректирующими элементами называются называются

ополнительные

ст

ойства

вво

имые в

ег

лято

ля

ополнительные

ст

ойства

вво

имые в

ег

лято

ля

д ур , д ру рдд ур , д ру рд

придания ему тех свойств, которые необходимы для придания ему тех свойств, которые необходимы для

обеспечения требуемых режимов регулирования.обеспечения требуемых режимов регулирования.

Примером системы автоматического регулирования с регулятором Примером системы автоматического регулирования с регулятором

непрямого действия может служить гидропривод, схема которого непрямого действия может служить гидропривод, схема которого

приведена на рис. 1.2.приведена на рис. 1.2.

5 6 7 8

Рис. 1.2. Схема

гидропривода

1.3. Задачи исследования систем автоматического1.3. Задачи исследования систем автоматического

1.3.

Задачи

исследования

систем

автоматического

1.3.

Задачи

исследования

систем

автоматического

регулированиярегулирования

Можно выделить три основные задачи которые приходитсяМожно выделить три основные задачи которые приходится

Можно

выделить

три

основные

задачи

которые

приходится

Можно

выделить

три

основные

задачи

которые

приходится

решать при исследовании и создании систем автоматического решать при исследовании и создании систем автоматического

регулирования. Первая из этих задач заключается в регулирования. Первая из этих задач заключается в

оп

елении

словий

и кото

ых системы автоматического оп

елении

словий

и кото

ых системы автоматического

рд у , р ррд у , р р

регулирования будут устойчивы. Вторая задача состоит в регулирования будут устойчивы. Вторая задача состоит в

нахождении отклонений регулируемых величин при переходных нахождении отклонений регулируемых величин при переходных

процессах и в определении продолжительности этих процессов. процессах и в определении продолжительности этих процессов.

Третьей задачей является определение ошибок с которымиТретьей задачей является определение ошибок с которыми

Третьей

задачей

является

определение

ошибок

которыми

Третьей

задачей

является

определение

ошибок

которыми

системы автоматического регулирования работают в системы автоматического регулирования работают в

установившихся режимах. Цели этих задач заключаются в установившихся режимах. Цели этих задач заключаются в

обеспечении

стойчивости

качества и точности

ег

ли

ования. обеспечении

стойчивости

качества и точности

ег

ли

ования.

у , ру ру , ру р