Об'єкти управління та їх властивості

Лекція № 1

Термін "автоматизація виробництва" розглядається в конкретній ситуації -розробка, проектування, впровадження системи автоматизації тощо. У загальному плані автоматизація виробництва -це етап машинного виробництва, що характеризується звільненням людини від безпосереднього виконання функцій управління виробничими процесами та передачею цих функцій технічним засобам -автоматичним пристроям і системам. В основі автоматизації виробництва лежить поняття управління (в літературі вживається також менш вдалий для даного випадку термін "керування").

Управління - цілеспрямована дія на процес (об'єкт), яка забезпечує оптимальний чи заданий режим, його роботи. Процес управління складається з ряду елементарних операцій та етапів, які є спільними для технічних систем і систем живої природи. Незалежно від мети, призначення, структури об'єкта процес управління передбачає виконання таких операцій, як: одержання та попередня обробка інформації про фактичний стан об'єкта, системи і навколишнього середовища;

· аналіз одержаної інформації, порівняння існуючої виробничої ситуації із заданою (необхідною);

· прийняття рішення про дію на об'єкт у певному напрямку та оцінка можливості реалізації такої дії;

· реалізація управління, тобто формування і здійснення дії за допомогою відповідних технічних засобів.

Якщо людина не бере участі у формуванні управляючої дії, управління називається автоматичним. У складних системах і ситуаціях прийняття остаточних рішень щодо управління залишається за людиною (в літературі -особою, яка приймає оптимальні рішення), тоді управління є автоматизованим. Відповідно до цього системи називаються автоматичними чи автоматизованими. Автоматичне управління і відповідно автоматичні системи є більш досконалими, вони знаходяться на вищому ступені розвитку. Але складні системи в комп'ютерно-інтегрованому виробництві часто не мають простих однозначних варіантів роботи, в них завжди є високий рівень невизначеності, тому вони і функціонують як автоматизовані. При здійсненні процесу управління часто доводиться спочатку вишукувати потрібний режим роботи, а потім його підтримувати. В окремих випадках для простих об'єктів значення технологічних змінних (параметрів) задаються наперед, тоді системи називаються автоматичними системами регулювання (АСР) або (САР)

Сукупність елементів системи та характер зв'язків між ними визначаються структурою останньої. При створенні й аналізі систем автоматизації виділяють такі структури: функціональну - сукупність частин для виконанняокремих функцій: одержання інформації, її обробки, передачі і т.д.;

алгоритмічну - сукупність частин для виконання певних алгоритмів обробки інформації; технічну (конструктивну) – сукупність необхідних технічних засобів як відображення функціональної та алгоритмічної структур.

 

Основні класи управління:

· підтримання на заданому рівні технологічних параметрів або функцій від них (завдання стабілізації);

· змінювання технологічних параметрів за певною програмою чи у відповідності з виконанням деяких умов (програмно-логічне управління);

· компенсація збурень, серед яких виділяються фактори зов нішнього середовища або зміна властивостей об'єкта;

· координація взаємодії елементів об'єкта. Це завдання набуває особливого значення для технологічних комплексів, коли функціонування окремих агрегатів неможливе без взаємного врахування умов роботи інших.

Відповідно до зазначених завдань організують такі види управління:

· координатне, при якому за допомогою зміни вхідних величин (витрат матеріальних та енергетичних потоків) змінюють координати стану або обмежують області їх допустимих значень чи показників якості;

· параметричне, коли цілеспрямовано змінюють значення фізичних параметрів елементів об'єкта;

· структурне, при якому управлінням є цілеспрямована зміна складу елементів та зв'язків між ними і режимів функціонування.

 

 

Лекція № 2

При автоматизації складних об'єктів, особливо технологічних комплексів, названі види управління застосовують у різних поєднаннях. Вибір сфери їх використання становить одну з найважливіших проблем формування функціональної структури систем управління.

 

Функціональна структура відображає основні функції системи, тобто сукупність функцій (операцій, дій), які забезпечують досягнення заданої мети функціонування системи. Тоді особливо важливим є те, що для організації й реалізації управління різними об'єктами існує порівняно невеликий набір функцій - типова функціональна структура.

 

Інформаційні функції призначені для вимірювання значень технологічних параметрів, збирання, сортування та розподілу даних про стан об'єкта.

 

Функції формування дій управління визначають значення останніх щодо змінюються властивості об'єктів (умови тепло- та масообміну, константи хімічних реакцій тощо). Це так звані параметричні (внутрішні) збурення, тоді як на об'єкт діють численні зовнішні збурення. Тому системи управління слід надшиті-властивостями адаптації (пристосування), що можна здійснити різними шляхами: зміною структури, параметрів настроювання або одним і другим одночасно.

 

При значно змінюваних характеристиках об'єкта й зовнішнього середовище застосовуються системи із самонастроюванням (рос.-самонастраивающиеся). В цих системах у контурі управління використовуються математичні моделі об'єкта (еталонні або одержувані в процесі роботи).Тому з'являється можливість постійно враховувати еволюцію об'єкта, зміни в зовнішньому середовищі у оперативно реагувати на них. У цьому класі систем розглядаються також системи зі змінною структурою, коли під час роботи автоматично підключаються (комутуються) різні елементи системи, які потрібні в різних ситуаціях роботи.

 

 

Лекція № З

Лекція № 4

За числом ємкостей об'єкти можуть бути одно- або багатоємкісними, ємкості

розділені між собою місцевими опорами. Так, може бути кілька гідравлічних ємкостей, розділених між собою гідравлічними опорами. В тепловому об'єкті також існують термічні опори. Кількість ємкостей є важливою ознакою об'єкта, тому що кожна з них потребує створення контурів вимірювання та регулювання.

Ще одна суттєва особливість об'єктів полягає в розподілі їх параметрів у просторі. Реальні об'єкти характеризуються розподілом параметрів (об'єкти з розподіленими параметрами), тобто значення технологічних змінних утворюють поле величин (континуум). У статиці значення чітко розподіляються вздовж просторової координати, наприклад, температура - вздовж поверхні теплообміну в трубчастих теплообмінниках, параметри потоків - у трубопроводах, лініях електропередач та ін. При розробці ММ такого об'єкта доводиться використовувати диференціальні рівняння в частинних похідних, що призводить до значних труднощів при математичному моделюванні, зокрема за допомогою чисельного експерименту. Тому по можливості уявляють собі об'єкт із зосередженими параметрами, коли значення параметра в статиці та динаміці можна представити його величиною в одній точці. Це може бути змішувач з інтенсивним перемішуванням робочого середовища, де температура чи концентрація у всьому об'ємі набувають приблизно однакового значення. Тоді ММ динаміки -звичайні диференціальні рівняння, з якими просто й зручно працювати. Існує ряд штучних методів умовної заміни об'єктів із розподіленими параметрами об'єктами із зосередженими параметрами, наприклад, розбиття на \й елементарних ємкостей, кожна з яких описується ММ із зосередженими параметрами.

Реальні об'єкти є нестаціонарними, тобто змінюють свої характеристики з часом, у процесі експлуатації. У теорії та практиці автоматичного керування склалися певні методи дослідження властивостей об'єктів: аналітичні, експериментальні, комбіновані. Фактично вони призначені для одержання ММ об'єктів і становлять предмет окремих навчальних дисциплін. Продемонструємо одержання ММ для автоматичного регулювання простих об’єктів.

Аналітичні методи грунтуються на вивченні властивостей об'єктів на основі дослідження процесів, які в них відбуваються, за допомогою фундаментальних законів фізики, хімії, теплотехніки, гідравліки та інших наук. Усі ці науки мають свої закони, що описують фізико-хімічні перетворення речовини, тепло- та масообмін, гідродинаміку тощо. В такі моделі у явному вигляді входять конструктивні особливості об'єкта (поверхні теплообміну-діаметрі довжина труб, об'єми робочих зон і т.д.), режимні параметри й константи (температура, рівень, константи дифузії, тепловіддачі тощо), а також характеристики речовини (теплоємність, густина та ін.). Основна перевага аналітичних (неформальних) ММ - можливість одержання загальних результатів, перенесення останніх на клас об'єктів, багаторазове використання, розкриття механізму процесів і втручання в їх перебіг. У той же час одержання аналітичних ММ потребує багато часу, не завжди є необхідні математичні залежності, а для складних об'єктів вони громіздкі й незручні для використання. Вимушене прийняття ряду припущень при одержанні ММ знижує точність останніх. Важливо у такому разі встановити адекватність (відповідність) моделі об'єкту, а це вимагає використання експериментальних даних.

Експериментальні методи дають можливість одержати ММ об'єкта у певному виді із застосуванням двох методів: при активному експерименті на вході об'єкта створюються спеціальні сигнали (стрибкоподібні, гармонічні); при пасивному використовують дані, одержані в процесі нормальної експлуатації об'єкта із застосуванням методів статистичного аналізу. Ькспериментальні дані об'єднують у напрям, який називають ідентифікацією об'єктів. При використанні експериментальних методів часто не розкривається і не враховується внутрішня структура об'єктів, механізм процесів, а лише аналізуються входи та виходи й встановлюється між ними формальний зв'язок. Цей метод у літературі називають "чорним ящиком", а ММ- формальними. Серед методів ідентифікації об'єктів застосовують спеціальне планування експериментів, складання оптимальних планів досліджень, використання ЕОМ на стадіях одержання та аналізу ММ. Основною перевагою експериментальних методів є їх простота, оперативність одержання, зведення до зручного вигляду, уточнення ММ у процесі використання об'єкта. В той же час неформальні моделі мають обмежену цінність, тому що вони справедливі, як правило, лише для певного об'єкта у конкретних умовах його експлуатації.

 

Лекція № 5

Лекція № 6-7

Найбільш розповсюдженим сьогодні є варіант, при якому, як операторську станцію використовують персональний комп'ютер (ПК). За допомогою спеціального програмного забезпечення на ПК створюється автоматизоване робоче місце (АРМ) оператора-технолога. Оператор спостерігає за технологічним процесом за допомогою кольорових мнемосхем і, користуючись клавіатурою та маніпулятором "миша", може здійснювати оперативне управління процесом: змінювати завдання регуляторам окремих технологічних параметрів, переходити на ручний режим управління і безпосередньо керувати регулювальними органами, змінювати структуру контуру регулювання (перехід з каскадного на локальне управління) і т.д. Крім того, на АРМі ведеться архівування даних, фіксування моментів виникнення аварійних та лередаварійних ситуацій, ідентифікація дій оператора, підготовка та друкування рапортів і т.д.

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

Сучасні автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУТП) є ієрахічно-розподіленими системами, основними компонентами яких є робочі станції (РС), що об'єднані в локально-обчислювальні мережі (ЛОМ) та реалізовані зд допомогою мікропроцесорних контролерів (МК) і персональних комп'ютерів (ПК).

Комплекс робіт по створенню цих систем "під ключ" виконується в такій послідовності:

· консалтинг - допомога незалежної фірми у виборі програмного та технічного забезпечень на основі аналізу організаційної структури та інформаційних потоків, існуючих систем управління та вимог до створюваної системи;

· створення аванпроекту, що дозволяє попередньо оцінити основні технічні рішення та вартість системи;

· розробка проекту, макетування у разі необхідності найбільш відповідальних вузлів та захист проекту;

· поставка комп'ютерного та мережного обладнання;

· монтаж кабельної системи, її тестування, налагодження та сертифікація;

· установлення та конфігурування мережного обладнання;

· експериментальна експлуатація та навчання персоналу;

· супроводження системи: гарантійне та післягарантійне обслуговування системи та її елементів, модернізація системи у разі ускладнення завдань та появи нових технологій на комп'ютерному ринку.

З наведеної послідовності видно, що проектування є початковою стадією життєвого циклу АСУТП, як і будь-якого іншого технічного об'єкта чи системи. Проект промислового об'єкта являє собою комплекс технічної документації, що дозволяє відтворити його в натурі. Однак, проект не тільки повинен дати чітке уявлення про технічну суть об'єкта, але й містити переконливі докази ортимальності прийнятих при проектуванні рішень, їх відповідності сучасному рівню науки і техніки. Це досягається за рахунок використання багатоваріантної процедури, під час якої спочатку створюють множину різноманітних варіантів проектних рішень, а потім їх "відсікають". Проектування технічних систем на початкових стадіях може бути пов'язане з науково-дослідними (НДР) та дослідно-конструкторськими (ДКР) роботами. Перші часто використовують для отримання необхідних при проектуванні початкових даних, а іноді й для вивчення результатів функціонування запроектованого об'єкта. За допомогою ДКР створюють нові технічні засоби у разі, коли існуючі не задовольняють вимогам, що випливають із завдань функціонування об'єкта"

Основним підходом до проектування АСУТП є системний, при якому систему роздїлюють на підсистеми (декомпозицІя системи) і враховують при проектуванні не тільки властивості конкретних підсистем, але й зв'язки між ними. Зокрема, в АСУТП виділяють підсистеми технічного, програмного, інформаційного та організаційного забезпечення. Декомпозиції зазнає і об'єкт управління з виділенням технологічгих підсистем.

Організаційне забезпечення - це сукупність описів функціональної, технічної і організаційної структур, інструкцій і регламентів, що встановлюють правила функціонування оперативного персоналу, тобто технологів-операторів, які здійснюють контроль і управління роботою технологічного об'єкта управління (ТОУ) та експлуатаційного персоналу, який забезпечує правильність функціонування технічних засобів АСУТП.

Технічне забезпечення - це сукупність технічних засобів і відповідної технічної документації, достатніх для функціонування АСУТП і виконання системою всіх її функцій.

Програмне забезпечення - це сукупність програм і експлутаційкої програмної документації, необхідних для реалізації функцій та заданого режиму функціонування технічних засобів АСУТТІ. Програмне забезпечення розробляють на засадах математичного та лінгвістичного забезпечень, причому перше - це сукупність методів, моделей, алгоритмів, викоонстаних у системі, а друге - це сукупність мовних засобів для спілкування оперативного персоналу з засобами обчислювальної техніки (ЗОТ) системи. Програмне забезпечення (ПЗ) розділяють на загальне (ЗПЗ) та спеціальне (СПЗ). Перше містить програми контролю і управління обчислювальним процесом, а також стандартні та службові програми, друге - програми реалізації основних функцій АСУТП.

Інформаційне забезпечення - це сукупність інформації у вигляді потоків та масивів і відповідної технічної документації. Розробці цього забезпечення передує розробка метрологічного забезпечення, яке є сукупністю робіт, проектних рішень технічних і програмних засобів, направлених на забезпечення заданих характеристик вимірювальних функцій системи.

 

 

Лекція № 8

Лекція № 9

Вибір технічних засобів

Це одне з найважливіших і найскладніших завдань розробки системи автоматизації. При побудові таких систем за допомогою мікропроцесорної техніки можна виділити такі п'ять підзавдань: вибір типу мікропроцесорного контролера (МІЖ) та їх кількості, розрахунок апаратурного складу МГІК, вибір засобів отримання інформації, вибір засобів подання інформації, "вибір засобів реалізації регулювальних дій. У ралі застосування дисплею як засобу подання інформації забезпечення функціонування об'єкта на основі даних, одержаних при реалізації інформаційних функцій.

Функції реалізації дій управління перетворюють сигнали від функцій формування дій управління у фізичні дії на об'єкт.

Функції програмування (вибору) режимів управління формують значення сукупності технологічних змінних(технологічні режими) за сигналами, одержаними ззовні, наприклад, від системи вищого рівня або від розв'язання завдань оптимізації підсистем ТК і координації їх роботи. Наведені функції є типовими для всіх видів управління (координатного, параметричного, структурного), а обсяг операцій та їх зміст повністю визначається властивостями і структурою об'єкта. Сукупність названих функцій утворює контур управління (регулювання).

Для структурного управління першочергового значення набувають й інші функції. Функція технологічного діагностування -це інформаційна функція контурів структурного управління, яка з'Ієднує такі операції: контроль змін технічного стану; пошук місця цих змін, оцінка глибини (обсягу) змін стану об'єкта діагностування. Для компенсації збурень у контурах структурного управління використовуються такі функції:

· реконфігурації структури об'єкта, що в результаті забезпечує вибір найкращого варіанта структури об'єкта, встановлення необхідних Зв'язків і режимів функціонування окремих елементів;

· аварійного захисту, до якого входять операції оцінки відмов (простих їй аварійних) та локалізація їх впливу на працюючі елементи, а також переведення об'єкта за допомогою реконфігурації його структури в Один із необхідних станів - працюючий або з простими відмовами;

· управління резервами, тобто підключення при необхідності резервних елементів і контроль результатів цих підключень:

· технологічного обслуговування та ремонту: для визначення обсягу змісту відновних робіт, встановлення" нових режимів функціонування За цей період, виконання самого обслуговування та ремонту, а також ібнтролю якості

· відновних робіт.

У системах програмного управління "близькість" поточного значення оцінюється при зміні завдання (програми). В системах стабілізації й програмного управління задані значення координат відомі, але у першому випадку вони постійні на тривалих інтервшіах часу, в другому - змінюються за програмою.

У системах слідкуючого управління задані (потрібні) значення координат є випадковими величинами, а саме завдання - функцією довільного виду, яка наперед відома.

Системи екстремального управління повинні забезпечувати пошук та утримання такого режиму роботи об єкта, який відповідає екстремуму його статичної характеристики, наприклад, максимальному тепловиділенню для теплогенераторів.

Системи оптимального управління забезпечують найкращий режим роботи об'єкта в існуючих умовах (при певних ресурсах і обмеженнях), що оцінюється кількісно за допомогою комплексного показника якості (критерію огітимальності). У реальних системах виникає потреба в компенсації всіх трьох видів збурень: координатних, параметричних, структурних. У багатьох випадках компенсація одного із збурень зумовлює повну чи часткову компенсацію інших. Для компенсації збурень використовуються різні функціональні структури. При безпосередньому вимірюванні збурень можна так організувати додатковий контур у системі, що її вихідна величина не буде взагалі відчувати дію збурень (інваріантні системи), В системах управління найчастіше організовують контур ао відхиленню, коли сигнал управління формується згідно з величиною відхилення регульованих координат від їх заданих значень. При необхідності поліпшенім якості управління І відповідно до конкретних властивостей об'єкта застосовуються комбіновані" системи; Детально їх розглядають у третьому розділі, а тут" наводяться лише дані для загального уявлення про класи систем, види та завдання управління. Окремий клас становлять "адаптивні системи, які для об'єктів харчової промисловості мають першочергове значення. Як уже згадувалося вище, в процесі експлуатації значно виникає додаткове підзавдання - вибору персональної ЕОМ (ПЕОМ). Деякі з названих підзавдань розглянуті в попередніх розділах підручника, інші більш докладно розглянуті нижче.

Зазначимо також, що у всіх випадках вибрані технічні засоби повинні бути серійними, однорідними за" своїми технічними характеристиками і належати до державної системи приладів.

Певне місце розташування в будь-якій СА мають дві групи технічних засобів (ТЗс). Це, насамперед, ТЗс, за допомогою яких безпосередньо отримують інформацію або формують управляючі дії і які розташовані на технологічному устаткуванні та труоопроводах: чутливі елементи, відбірні пристрої, регулювальні органи, виконавчі пристрої тощо. Інша група ТЗс, до якої входять, в основному, проміжну перетворювачі та підсилювачі, розміщується і!на місці", тобто між технологічним обладнанням та пунктами управління. Розташування інших ТЗс залежить від обраної структури системи автоматизації. Вони, як правило, знаходяться у щитових конструкціях на локальних або центральному пунктах управління.

Будь-яка система автоматизації має в своєму складі схеми управління, сигналізації та захисту, їх розробку починають вже при проектуванні СА, складаючи з урахуванням визначених функцій СА алгоритми роботи цих схем. Необхідність вирішення такого завдання обумовлена тим, що приймальні (командоапарати, технологічні контакти і т.д.) та виконавчі (світлові та звукові сигналізатори, магнітні пускачі і т.д.) елементи, робота яких регламентована вказаними алгоритмами, зображуються на СА.

 

 

Лекція №10

Лекція №11

Об’єкти регулювання

В залежності від форми кривої розгону, тобто перехідної характеристики, об’єкти можна розділити на три групи, що характеризуються значенням коефіцієнту вирівнювання, або статизмом.

Об’єкт з додатним самовирівюванням, до яких відносяться майже всі теплові об’єкти. Крива розгону таких об’єктів може бути апроксимована експонентою, інколи з чистим запізненням.

Термін самовирівнювання тут означає, що навіть при непрацюючому автоматичному регуляторі регульована величина такого об’єкта через деякий час досягне усталеного значення. Так, якщо праску ввімкнути в мережу живлення, її температура буде зростати все повільніше, тому що, згідно з законом Стефана-Больцмана, витрати тепла в оточуючий простір будуть збільшуватись пропорційно четвертій степені абсолютної температури нагрітих поверхонь. Навіть коли автоматичний регулятор температур праски не буде працювати, її температура стабілізується, завдяки балансу подачі та витрат тепла приблизно на рівні 300…400˚С, - залежно від потужності нагрівача.

Об’єкти з нульовим статизмом являють собою інтегруючі ланки, тобто пр стрибковій зміні вхідної величини, вихідна величина буде змінюватись пропорційно з часом. Прикладом об’єктів з нульовим статизмом (їх також називають астатичними) є бак з рідиною: якщо відкрити вентиль на вході притоку рідини, її рівень в баці при нульвому або сталому значенні буде зростати до нескінченності (звичайно, коли не буде переливання через край). Такі об’єкти потребують більш досконалих регуляторів, ніж об’єкти з додатним статизмом.

І нарешті, об’єкти з від’ємним статизмом. Це особливо нестійкі об’єкти, порушення рівноваги яких викликає лавиноподібну зміну регульованої величини. Прикладом тут може бути баржа, яку буксир не тягне, а штовхаєззаду, або космічні і інші ракети.

Для стійкості руху ракет на них розміщують кілька двигунів, силу тяги яких регулюють дуже точні автоматичні регулятори, які реагують не тільки на відхилення ракети від курсу, а і на швидкість такого відхилення, а інколи і на його прискорення.

 

Лекція №12

Лекція №13

Лекція № 1

Термін "автоматизація виробництва" розглядається в конкретній ситуації -розробка, проектування, впровадження системи автоматизації тощо. У загальному плані автоматизація виробництва -це етап машинного виробництва, що характеризується звільненням людини від безпосереднього виконання функцій управління виробничими процесами та передачею цих функцій технічним засобам -автоматичним пристроям і системам. В основі автоматизації виробництва лежить поняття управління (в літературі вживається також менш вдалий для даного випадку термін "керування").

Управління - цілеспрямована дія на процес (об'єкт), яка забезпечує оптимальний чи заданий режим, його роботи. Процес управління складається з ряду елементарних операцій та етапів, які є спільними для технічних систем і систем живої природи. Незалежно від мети, призначення, структури об'єкта процес управління передбачає виконання таких операцій, як: одержання та попередня обробка інформації про фактичний стан об'єкта, системи і навколишнього середовища;

· аналіз одержаної інформації, порівняння існуючої виробничої ситуації із заданою (необхідною);

· прийняття рішення про дію на об'єкт у певному напрямку та оцінка можливості реалізації такої дії;

· реалізація управління, тобто формування і здійснення дії за допомогою відповідних технічних засобів.

Якщо людина не бере участі у формуванні управляючої дії, управління називається автоматичним. У складних системах і ситуаціях прийняття остаточних рішень щодо управління залишається за людиною (в літературі -особою, яка приймає оптимальні рішення), тоді управління є автоматизованим. Відповідно до цього системи називаються автоматичними чи автоматизованими. Автоматичне управління і відповідно автоматичні системи є більш досконалими, вони знаходяться на вищому ступені розвитку. Але складні системи в комп'ютерно-інтегрованому виробництві часто не мають простих однозначних варіантів роботи, в них завжди є високий рівень невизначеності, тому вони і функціонують як автоматизовані. При здійсненні процесу управління часто доводиться спочатку вишукувати потрібний режим роботи, а потім його підтримувати. В окремих випадках для простих об'єктів значення технологічних змінних (параметрів) задаються наперед, тоді системи називаються автоматичними системами регулювання (АСР) або (САР)

Сукупність елементів системи та характер зв'язків між ними визначаються структурою останньої. При створенні й аналізі систем автоматизації виділяють такі структури: функціональну - сукупність частин для виконанняокремих функцій: одержання інформації, її обробки, передачі і т.д.;

алгоритмічну - сукупність частин для виконання певних алгоритмів обробки інформації; технічну (конструктивну) – сукупність необхідних технічних засобів як відображення функціональної та алгоритмічної структур.

 

Основні класи управління:

· підтримання на заданому рівні технологічних параметрів або функцій від них (завдання стабілізації);

· змінювання технологічних параметрів за певною програмою чи у відповідності з виконанням деяких умов (програмно-логічне управління);

· компенсація збурень, серед яких виділяються фактори зов нішнього середовища або зміна властивостей об'єкта;

· координація взаємодії елементів об'єкта. Це завдання набуває особливого значення для технологічних комплексів, коли функціонування окремих агрегатів неможливе без взаємного врахування умов роботи інших.

Відповідно до зазначених завдань організують такі види управління:

· координатне, при якому за допомогою зміни вхідних величин (витрат матеріальних та енергетичних потоків) змінюють координати стану або обмежують області їх допустимих значень чи показників якості;

· параметричне, коли цілеспрямовано змінюють значення фізичних параметрів елементів об'єкта;

· структурне, при якому управлінням є цілеспрямована зміна складу елементів та зв'язків між ними і режимів функціонування.

 

 

Лекція № 2

При автоматизації складних об'єктів, особливо технологічних комплексів, названі види управління застосовують у різних поєднаннях. Вибір сфери їх використання становить одну з найважливіших проблем формування функціональної структури систем управління.

 

Функціональна структура відображає основні функції системи, тобто сукупність функцій (операцій, дій), які забезпечують досягнення заданої мети функціонування системи. Тоді особливо важливим є те, що для організації й реалізації управління різними об'єктами існує порівняно невеликий набір функцій - типова функціональна структура.

 

Інформаційні функції призначені для вимірювання значень технологічних параметрів, збирання, сортування та розподілу даних про стан об'єкта.

 

Функції формування дій управління визначають значення останніх щодо змінюються властивості об'єктів (умови тепло- та масообміну, константи хімічних реакцій тощо). Це так звані параметричні (внутрішні) збурення, тоді як на об'єкт діють численні зовнішні збурення. Тому системи управління слід надшиті-властивостями адаптації (пристосування), що можна здійснити різними шляхами: зміною структури, параметрів настроювання або одним і другим одночасно.

 

При значно змінюваних характеристиках об'єкта й зовнішнього середовище застосовуються системи із самонастроюванням (рос.-самонастраивающиеся). В цих системах у контурі управління використовуються математичні моделі об'єкта (еталонні або одержувані в процесі роботи).Тому з'являється можливість постійно враховувати еволюцію об'єкта, зміни в зовнішньому середовищі у оперативно реагувати на них. У цьому класі систем розглядаються також системи зі змінною структурою, коли під час роботи автоматично підключаються (комутуються) різні елементи системи, які потрібні в різних ситуаціях роботи.

 

 

Лекція № З

ОБ'ЄКТИ УПРАВЛІННЯ ТА ЇХ ВЛАСТИВОСТІ

О б'єкт автоматизації - це технологічний процес або технологічний агрегат, в якому відбуваються процеси перетворення речовини чи енергії, що характеризуються комплексом значень технологічних параметрів і потребують організованого цілеспрямованого втручання шляхом створення спеціальних управляючих дій (управлінь). З точки зору загальносистемного підходу об'єктом можуть бути збірники, теплообмінники або складніші - котлоагрегати, дифузійні, випарні установки, хлібопекарські печі та ін., при цьому складні об'єкти можна розкладати на простіші.

Кожному завданню автоматизації відповідає конкретний об'єкт. При цьому важливим є ще один загальносистемний момент: властивості системи управління регулювання в однаковій мірі залежать від обох складових - об'єкта автоматичного керуючого пристрою (регулятора). В той же час кожна з систем управління створюється саме для конкретного об'єкта, тому чим детальніше будуть відомі властивості об'єкта, тим ефективнішою буде система управління.

Об'єкти мають різне призначення, у них відбуваються різні за природою процеси, але з точки зору завдань автоматизації можна виділити деякі загальні властивості та характеристики. Це особливо важливо тому, що інтенсифікація технологічних процесів, впровадження агрегатів великої одиничної потужності часто супроводжуються ускладненням управління такими об'єктами у зв'язку із недостатніми знаннями про механізм процесів; стохастичністю зв'язків між виходами та входами (ймовірною природою об'єктів); нестаціонарністю (зміною характеристик з часом, еволюцією об'єктів); наявністю робочих зон із різними процесами, які відбуваються одночасно, застійних зон і т.д.

З погляду загальної теорії управління важливе значення мають такі узагальнені характеристики і показники:

спостережуваність об'єкта означає, що існує можливість визначити його стан за даними вимірювань або відповідних обчислень на скінченному інтервалі часу, тобто виміряти та (чи) обчислити всі координати стану об'єкта.

керованість об'єкта означає, що існують такі цілеспрямовані дії, за допомогою яких об'єкт з будь-якого початкового стану можна перевести в заданий кінцевий стан протягом скінченного інтервалу часу. Це відповідає тому, що під дією керувань змінюються всі координати стану об'єкта;

чутливість об'єкта дає можливість оцінити зміни (варіації) режимів роботи об'єктів під впливом управлінь і збурень. Крім того, оцінюються малі варіації параметрів об'єкта відносно їх початкових значень та їх вплив на функціонування об'єкта. Названі загальні показники властивостей об'єкта використовують при створенні таким чином: спостережність дозволяє оцінити точки вимірювань і можливість одержання необхідної інформації про стан об'єкта; керованість характеризує ефективність керуючих дій, що дає змогу зробити цілеспрямований вибір; чутливість є основою для висновку щодо необхідності створення адаптивних систем.

Для простих об'єктів при розв'язуванні окремих завдань беруть показники, які мають безпосередній вплив на динаміку АСР:

Місткість об'єкта - його спроможність у процесі функціонування нагромаджувати або витрачати речовину чи енергію. Для гідравлічних об'єктів цей показник оцінюється об'ємом рідини, теплових - кількістю теплоти, рухомих - кількістю руху (момент інерції) і т.д.

Самовирівнювання - можливість самостійно приходити в усталений стан після припинення зовнішньої дії, тобто відновлювати матеріальний чи енергетичний баланс. Це виражається у тому, що в стійкому об'єкті існують внутрішні зворотні зв'язки, які проявляються через дію керованої величини на приплив або витрату речовини чи енергії.

Запізнювання в об'єкті зумовлюється скінченним значенням швидкості розповсюдження сигналів (швидкість руху матеріальних потоків) не оцінюється як відрізок часу між моментом подачі на вхід сигналу та моментом фіксації зміни вихідного сигналу. Запізнювання, спричинене тільки швидкістю руху матеріального потоку, називається чистим, або транспортним, наприклад, переміщення матеріалів по стрічці транспортера; інший вид запізнювання зумовлюється наявністю опорів і багатьох ємкостей в об'єкті, тому його називають ємкісним, або перехідним.

Лекція № 4

За числом ємкостей об'єкти можуть бути одно- або багатоємкісними, ємкості

розділені між собою місцевими опорами. Так, може бути кілька гідравлічних ємкостей, розділених між собою гідравлічними опорами. В тепловому об'єкті також існують термічні опори. Кількість ємкостей є важливою ознакою об'єкта, тому що кожна з них потребує створення контурів вимірювання та регулювання.

Ще одна суттєва особливість об'єктів полягає в розподілі їх параметрів у просторі. Реальні об'єкти характеризуються розподілом параметрів (об'єкти з розподіленими параметрами), тобто значення технологічних змінних утворюють поле величин (континуум). У статиці значення чітко розподіляються вздовж просторової координати, наприклад, температура - вздовж поверхні теплообміну в трубчастих теплообмінниках, параметри потоків - у трубопрово