Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Классификация локальных систем автоматики
По своему назначению и выполняемым функциям локальные системы автоматики в настоящее время принято разделять на четыре основные – промышленные системы регулирования; – следящие системы; – системы программного управления; – системы автоматического контроля. 1.2.1. Промышленные системы регулирования. К ним относятся системы автоматического регулирования различных физических величин и технологических переменных в промышленных объектах и установках: температуры, давления, уровня, расхода, концентрации, величины и скорости перемещения и др. В промышленных объектах и установках требуется регулировать порядка тысячи различных физических, химических и других величин и технологических переменных. При таком количестве регулируемых переменных создавать индивидуальные системы регулирования для каждого объекта затруднительно и экономически нецелесообразно. Поэтому для создания систем регулирования были разработаны и серийно выпускаются промышленностью унифицированные приборы и устройства, относящиеся к системе ГСП (государственная система промышленных приборов и средств автоматизации) [9]. Особенностью приборов системы ГСП является унификация и нормализация приборов, обеспечивающая их информационную, конструктивную, функциональную, метрологическую и эксплуатационную совместимость. Это позволяет, имея ограниченное количество типовых блоков, создавать различные системы регулирования путем агрегатирования соответствующих блоков и устройств, используя блочно–модульный принцип построения. Укрупненная функциональная схема промышленной системы регулирования изображена на рис. 1.2. Объектом регулирования в промышленной системе является технологическая установка (турбина, котел, емкость и т.п.), в которой регулируется физическая величина Y (давление, скорость, температура, уровень и т.д.). На объект действуют внешние возмущения , приводящие к изменению регулируемой переменной Y. Регулирование объектом осуществляется путем изменения управляющего сигнала U, изменяющего количество вещества или энергии, поступающей на объект.
Рис. 1.2
Регулируемая переменная Y измеряется датчиком обратной связи – ДОС и преобразуется в нормированный выходной сигнал Y oc, который в сравнивающем устройстве сравнивается с нормированным сигналом задания g, формируемым задающим устройством ЗУ, или системой управления вышестоящего уровня. Сигнал отклонения (ошибки) ε поступает на регулятор, который формирует управляющее воздействие U. В состав регулятора входит большое число различных блоков и устройств, обеспечивающих требуемое преобразование сигналов. Это исполнительное устройство (исполнительный двигатель или исполнительный механизм) с регулирующим устройством (клапан, задвижка, заслонка, вентиль и др.); усилитель мощности; модуляторы; демодуляторы; динамические преобразователи (интеграторы, дифференциаторы), формирующие требуемый закон регулирования; нелинейные преобразователи; корректирующие устройства и др. В промышленных системах регулирования различными объектами разными будут регулируемая величина, датчик обратной связи и регулирующее устройство. Все остальные блоки регулятора имеют унифицированные внешние связи и работают с унифицированными сигналами, что позволяет с их помощью реализовывать регуляторы в самых различных промышленных системах регулирования. 1.2.2. Следящие системы. Следящей системой называется замкнутая система автоматического регулирования, предназначенная для отслеживания управляющего сигнала, изменяющегося по заранее неизвестному закону. Назначение следящей системы – обеспечить изменение регулируемой переменной в соответствии с законом изменения задающего сигнала.
В принципе, следящей системой может быть любая система автоматического регулирования, если задающий сигнал в ней будет изменяться по заранее неизвестному закону. В практике же автоматического регулирования под следящими системами понимают электромеханические системы регулирования линейных или угловых перемещений. Объектом регулирования в таких системах является исполнительный двигатель с нагрузкой, которой является перемещаемая масса или приводимый в движение механизм. Типовыми примерами следящих систем могут быть: – электроприводы станков (приводы главного движения, приводы подач и др.); – электроприводы координат (степеней подвижности) промышленных роботов; – электроприводы антенн радиолокационных станций; – системы наведения (артиллерийских установок, телескопов и др.); – системы слежения за трассой транспортного робота. Упрощенная функциональная схема следящей системы изображена на рис. 1.3.
Рис. 1.3
Сравнивающим устройством в следящих системах обычно является датчик рассогласования, сравнивающий две одинаковые физические величины (например, угол поворота командной оси g и угол поворота нагрузки y) и преобразующий результат сравнения в электрический сигнал ε. В качестве датчиков широко используются сельсины, вращающиеся трансформаторы, потенциометры и другие. Сигнал рассогласования, усиленный предварительным усилителем–преобразователем (У–П) и усилителем мощности (УМ) управляет исполнительным двигателем (ИД), который через механическую передачу (редуктор) поворачивает нагрузку, стремясь уменьшить рассогласование. В следящих системах обратная связь не всегда бывает единичной, а функции устройства сравнения не всегда выполняет датчик рассогласования. В общем случае в функциональной схеме следящей системы присутствует датчик обратной связи, преобразующий выходной сигнал Y в сигнал, аналогичный сигналу задания. Так в микропроцессорных системах управления степенями подвижности промышленного робота сигналом задания является цифровой код. Соответственно в обратной связи системы будет датчик обратной связи (рис. 1.4), преобразующий угол поворота y в цифровой код. Сравнивающее устройство в данном случае будет цифровым, а усилительно–преобразовательное устройство будет содержать цифроаналоговый преобразователь кода рассогласования ε в аналоговый сигнал управления усилителем мощности.
Рис. 1.4
1.2.3. Системы программного управления. В настоящее время системы программного управления является наиболее распространенными автоматическими системами. В принципе система программного управления получается из автоматической или следящей системы, если в ней задающее воздействие изменять по заданной программе. Функциональную схему системы программного управления можно представить в виде двух составных частей (рис. 1.5): – программного устройства; – автоматической (следящей) системы. Программное устройство в большинстве случаев реализуется в цифровой форме. Исполнительная (силовая) часть представляет собой систему автоматического регулирования или следящую систему. Рис. 1.5
По способу задания программы системы программного управления можно разделить на несколько групп:
– с заданием программы в функции времени; – с заданием программы в функции положения, называются цикловыми или системами с управлением по упорам; – с заданием программы в функции перемещения, называются позиционными; – с заданием программы в функции перемещения и его производных (скорости, ускорения), называются контурными; – с комбинированным способом задания программы, называются системами программно–логического управления. 1.2.4. Системы автоматического контроля. Системы автоматического контроля начали развиваться и выделились в отдельный класс в последнее время в связи с развитием автоматических производств, реализующих «безлюдную» технологию производства. С внедрением ГАП в широком масштабе возникает необходимость быстрого и эффективного решения задач автоматизации контроля на всех стадиях технологического процесса, начиная с контроля заготовок, исправности оборудования и инструмента до выходного контроля всех параметров, определяющих качество выпускаемой продукции. Системы автоматического контроля должны обеспечивать: – предварительный контроль (контроль исправности оборудования, инструмента, заготовок); – текущий (оперативный) автоматический контроль в ходе технологического процесса (контроль качества и чистоты обработки, режимов резания, текущих геометрических форм и размеров, целостность и степень износа инструмента и др.); – выходной контроль, в процессе которого контролируются все параметры изделий, определяющие их качество (геометрические размеры, чистота поверхностей, допуски и т.д.). Поскольку в ГАП предполагается повсеместная замена ручного труда операциями, выполняемыми различными автоматическими устройствами и роботами, функции контроля также автоматизируются. Создаются автоматические контрольно измерительные системы с использованием сенсорных устройств и систем распознавания образов (технического зрения). В настоящее время в создании систем автоматического контроля типовые решения и структура пока не разработаны. Разрабатываются и создаются системы контроля для отдельных технологических модулей и установок. В перспективе системы контроля будут развиваться по пути создания кибернетических самообучающихся предсказывающих и прогнозирующих систем, использующих специализированные контроллеры и математические методы исследования ситуаций, эвристики, распознавания образов и т.д.
1.3. Основные требования, предъявляемые к автоматическим При проектировании автоматических систем разработчику необходимо учитывать ряд требований, многие из которых являются противоречивыми. В зависимости от назначения системы, выполняемых ею функций и условий эксплуатации одни требования могут быть доминирующими, наиболее существенными, в то время как другие не накладывают жестких ограничений. В связи с этим задача проектирования автоматической системы заключается в том, чтобы найти разумный компромисс между стремлением получить высокое качество работы и достигнуть этого простыми техническими средствами при минимальных затратах. Весь комплекс требований, предъявляемых к автоматическим системам, можно разделить на несколько групп. К первой группе следует отнести требования к точности и динамическим свойствам системы (устойчивости и качеству работы в переходных режимах). Требования этой группы должны удовлетворяться во всех системах, независимо от назначения и выполняемых ими функций. Точность определяется ошибкой воспроизведения задающего сигнала и зависит как от вида сигнала и возмущений, действующих на систему, так и от погрешностей элементов системы. Составляющая ошибки, обусловленная действием сигналов, может быть уменьшена или компенсирована выбором соответствующего порядка астатизма системы и коэффициента усиления. Инструментальная же ошибка, обусловленная погрешностями элементов системы, в дальнейшем корректироваться не может и должна учитываться на этапе выбора элементной базы. Устойчивость системы определяет ее способность в свободном состоянии (при отсутствии внешних воздействий) стремиться к установившемуся состоянию. Устойчивость является необходимым условием работоспособности. Неустойчивые системы неработоспособны. Степень устойчивости определяется запасами устойчивости по модулю и фазе, которые для большинства систем лежат в пределах 6…12 дБ и 30…70 градусов, соответственно. Динамические свойства систем определяются характером переходного процесса (не колебательный или колебательный) и его параметрами: временем переходного процесса, максимальным перерегулированием, числом колебаний, степенью затухания. Для удовлетворительной работы систем максимальное перерегулирование не должно превышать 45…50 %, а лучше – 5 %. Для ряда систем колебательность и перерегулирование в переходном процессе вообще недопустимы. При расчете систем частотными методами динамические свойства систем удобно оценивать показателем колебательности М, который характеризует резонансные свойства системы и определяется максимальным значением АЧХ замкнутой системы. Лучше, если резонансных пиков нет вообще, т.е. М= 1. Для удовлетворительной работы систем он не должен превышать значение М ≤ 1,7. Время переходного процесса в зависимости от инерционности объекта и скорости изменения сигналов для различных систем может колебаться в широких пределах от долей секунды до десятков минут и более.
Совокупность требований к динамическим свойствам системы называют показателями качества регулирования. Вторую группу требований составляют эксплуатационные требования. Они определяются назначением системы и условиями ее работы. К ним относятся климатические требования (температура, влажность, атмосферное давление), агрессивность окружающей среды, наличие вибраций и требования, налагаемые назначением и условиями работы, согласно которым все системы можно разделить на наземные стационарные и подвижные, корабельные, бортовые и промышленные. Эта группа требований наиболее существенна для подвижных систем – наземных, корабельных и особенно бортовых, установленных на летательных аппаратах. Существенными для них являются и требования к надежности, механической прочности их массе и габаритным показателям. Третью группу составляют требования к массе и габаритам системы, потребляемой мощности, КПД, требования к источникам питания, виду энергии и стабильности параметров. Эти требования наряду с эксплуатационными имеют решающее значение при выборе элементной базы. Четвертую группу требований могут составлять требования к технологичности и простоте изготовления и настройки, необходимости использования типовых унифицированных элементов и узлов, долговечности в работе, малой стоимости. Помимо этих требований разработчику необходимо учитывать и ряд других, таких как надежность, ресурс работы, ремонтопригодность, простота обслуживания, периодичность профилактики и настройки, использование унифицированных элементов и узлов, стоимость и др. Многие требования являются противоречивыми и задача разработчика принять обоснованное компромиссное решение, позволяющее максимально удовлетворить заданным требованиям при минимальных затратах на изготовление и эксплуатацию системы. 1.4. Порядок разработки и основные этапы проектирования
Проектирование систем автоматического управления является сложной инженерной задачей, не имеющей однозначного решения. В связи с этим невозможно дать универсальную методику их проектирования. Процесс проектирования обычно делят на две части: эскизное (системное) проектирование и конструкторское проектирование с детализацией всех элементов. С развитием систем автоматизированного проектирования и тенденцией использования все более сложных агрегатов, имеющих собственные средства для первоначальной наладки и настройки режимов работы, акценты проектирования смещаются. Так процесс конструкторского проектирования порой удается свести к автоматической конфигурации системы из набора унифицированных агрегатов с автоматической разработкой всех принципиальных и монтажных схем. Весь процесс проектирования можно разделить на следующие основные этапы: 1. Составление технического задания (ТЗ) и технико–экономическое обоснование требований к ней. В ТЗ указывается объект управления, режимы его работы, условия эксплуатации, цели создания проектируемой системы и задачи, решаемые 2. Анализ объекта управления и эскизная разработка системы. На этом этапе разработчик подробно изучает объект управления: принцип действия, физические процессы, протекающие в нем, режимы работы, внешние факторы, влияющие на работу объекта и условия его эксплуатации. Задачей анализа объекта является получение его математической модели, связывающей регулируемые (выходные) переменные с возможными управляющими сигналами и возмущениями. Для этого определяются статические, динамические и информационные характеристики объекта, анализируются возможные способы управления, в соответствии с которыми разрабатывается принцип построения системы и ее функциональная (блочная) схема. 3. Выбор основных функциональных элементов. На этом этапе в соответствии с разработанной функциональной схемой производят выбор основных функциональных элементов системы: датчиков, исполнительных и регулирующих устройств, усилительно–преобразова–тельных элементов, источников питания. Выписывают типы элементов, их технические данные, фирмы изготовителей. 4. Определение математических моделей элементов. На этом этапе изучают статистические и динамические характеристики объекта и элементов системы, определяются их математические модели, производится предварительная линеаризация полученных моделей, вычисляются их параметры (коэффициенты передачи, постоянные времени) При определении математических моделей стремятся получить их в типовой форме (алгебраические или дифференциальные уравнения, передаточные функции), максимально простые, обеспечивающие требуемую точность описания. 5. Построение структурной схемы и статический расчет системы. По полученным математическим моделям объекта и элементов системы в соответствии с разработанной функциональной схемой составляется структурная схема системы, на которой все элементы системы представляются их математическими моделями. Производится статический расчет, соответствующий установившемуся режиму работы. При этом определяются уровни сигналов на входе и выходе каждого элемента системы, определяются рабочие точки их характеристик и уточняются параметры линеаризации математических моделей в окрестности рабочих точек. Проверяется согласование элементов системы по виду и параметрам сигналов. 6. Динамический расчет системы. Расчет динамики обычно проводится в два этапа. На первом этапе определяется математическая модель системы, составленной из функционально необходимых элементов; устанавливаются параметры (обычно коэффициент усиления), обеспечивающие требуемую точность, и определяются устойчивость и динамические характеристики или качество работы в переходных режимах по таким показателям, как запасы устойчивости, показатель колебательности, максимальное перерегулирование и время переходного процесса. Обычно системы, составленные из функционально необходимых элементов, оказываются неустойчивыми или не обеспечивают необходимого качества работы, указанного в техническом задании. В таких случаях на втором этапе расчета динамики производят синтез корректирующих устройств, включение которых в систему позволит получить требуемое качество регулирования. Для этого по заданному качеству регулирования определяют желаемую передаточную функцию системы и производят синтез корректирующих устройств, определяют их передаточные функции и схемные реализации. Динамический расчет завершается анализом скорректированной системы, который проводится по математической модели исходной системы с учетом реально реализуемых корректирующих устройств.
7. Моделирование системы. Моделирование системы проводится на цифровых или аналоговых вычислительных машинах. Задачей моделирования является проверка обеспечения работоспособности и заданного качества регулирования при возможном разбросе, в пределах допусков, параметров элементов системы и корректирующих устройств. По результатам моделирования производится доводка и уточнение параметров корректирующих устройств. 8. Макетирование системы. На этом этапе по полученным при расчетах и моделировании данным создается лабораторный макет системы из реальных физических элементов, и проводятся его экспериментальные исследования и доводка. Это позволяет уточнить принципиальные схемы и параметры корректирующих устройств и элементов системы, так как при определении математических моделей объекта и элементов системы пользуются упрощенными линеаризованными моделями, не учитывающим многие факторы, влияющие на работу, как отдельных элементов, так и всей системы в целом (наличие зон нечувствительности, нелинейность характеристик, насыщение и др.). 9. Разработка технической документации и изготовление опытного После экспериментальных исследований и доводки макета системы по полученным уточненным данным составляется техническая документация на изготовление системы. Составляются описание, принципиальные и монтажные схемы отдельных элементов и всей системы, производится конструкторская разработка, и составляются технологические карты на изготовление. По разработанной документации создается опытный образец, и производятся его производственные испытания, в процессе которых проверяется, удовлетворяет ли он требованиям технического задания. Если в процессе испытаний отдельные требования ТЗ не удовлетворяются, то производится дальнейшая доработка и доводка системы. Процесс проектирования заканчивается, когда образец удовлетворяет всем требованиям технического задания. 10. Приемо-сдаточные испытания и передача в эксплуатацию. Завершающим этапом разработки являются приемо-сдаточные испытания. Создается межведомственная комиссия (МВК), которая производит испытание созданной системы на соответствие всем требованиям, указанным в техническом задании. По результатам испытаний составляется акт приемки, и разработанная система передается в эксплуатацию. 11. Авторский надзор эксплуатации системы.
|
|||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-12-07; просмотров: 57; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.138.114.38 (0.04 с.) |