Перечень контрольных вопросов к зачёту

Перечень контрольных вопросов к зачёту

По курсу

«Автоматизированные системы управления атомных электростанций».

 

1. Теоретические основы автоматизированного управления. Общая теория систем, кибернетика, автоматика, теория автоматического управления.

Систе­ма – это множество элементов и отношений между ними.

Вполне аналогичные концепции, но связанные не с общесистемными исследо­ваниями, а рассматривающие информационные процессы в системах, таких, как связь и управление, были сформулированы в конце 40-х — начале 50-х гг. и по­лучили название «кибернетика». Кибернетика, кото­рую Винер определил как исследование «связи и управления в животном и ма­ шине», основывается на понимании того, что связанные с информацией проблемы можно вполне содержательно и успешно изучать, по крайней мере, до некоторого предела, независимо от определенного контекста.

Колмогоров так определяет кибернетику: «Кибернетика занимается изу­чением систем любой природы, способных воспринимать, хранить и преобра­зовывать информацию и использовать ее для управления и регулирования».

Берталанфи включил кибернетику в теоретическую часть общей теории систем (ОТС).

Техническим фундаментом кибернетики стала автоматика - техническая наука, разрабатывающая принципы построе­ния автоматических систем и необходимых для них автоматических средств (элементов), методы анализа и синтеза этих систем.

Автоматика состоит из двух частей: теории автоматического регулирования и управления и технических средств построения автоматических систем.

Теория автоматического регулирования и управления — это наука о прин­ципах построения автоматических систем и закономерностях протекающих в них процессов. Основная задача этой науки состоит в построении оптимальных или близких к ним автоматических систем, а также в исследовании статики и динамики этих систем. Однако автоматика всегда распространялась, глав­ным образом, на физическую сферу деятельности человека, на замену и повторе­ние простейших движений его тела и конечностей.

Теоретические основы автоматического и автоматизированного управления.

 

 

По примеру акад. А. И. Берга (1961, 1964 г), мы разобьем всю область кибернетических исследований три главные части:

1) общую, или теоретическую, кибернетику, которая имеет дело с общими математическими моделями управ­ления и представляет собою по существу математическую или физико-математическую дисциплину;

2) техническую, или инструментальную, кибернетику, которая заботится о техническом осуществлении и тех­ническом моделировании управления;

3) ряд прикладных ветвей, занимающихся управле­нием в частных областях и выступающих под названия­ми кибернетики биологической, медицинской, экономи­ческой, военной, психологической, педагогической и т.

Общая кибернетика, несмотря на ряд попыток систематизации, остается еще во многом фрагментарной. (ней относят, например, такие разделы, как теория информации, теория следящих систем (сервомеханиз­мов), теория конечных автоматов и т. п., но их не всегда легко связать между собою.)

Техническая кибернетика продолжает традиции клас­сической автоматики; ее главное оружие — электронные вычислительные (они же логические) машины. Она заслуживает выделения среди других применений общей кибернетики потому, что сама является универсально применимой; с ее помощью автоматизируется управле­ние в различных областях. Технические термины, такие, как «машина», «автомат», «регулятор», часто употреб­ляются и в общей кибернетике, но там они приобретают более широкое и отвлеченное значение.

Прикладные отрасли, постоянно умножающиеся в числе, придают кибернетическим исследованиям их не­однократно отмеченный комплексный, междисциплинар­ный характер. Большинство этих частных теорий управ­ления существовало и прежде, по крайней мере, в за­чатке, но теперь они получили в свое распоряжение единый язык и общий аппарат.

Общий подход повышает эффективность управления, облегчает выбор оптимальных альтернатив. В этом прак­тическом плане кибернетика предстает перед нами как техника наиуспешнейшего достижения целей, как искус­ство получать максимальные результаты минимальной ценой..

Кибернетика может также воспользоваться методами двух родствен­ных научных направлений, возникших почти одновре­менно с нею, в те же военные и послевоенные годы. Речь идет об исследовании операций и системном анализе, некоторые считают их прямо ветвями кибернетики.

1. Управление. Управляющая система. Автоматические и автоматизированные системы управления.

Управление – это такая организация того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определённых целей.

Совокупность всех устройств, обеспечивающих управление каким-либо объектом, называется системой управления.

Если функции всех элементов системы управления выполняются различными устройствами без непосредственного участия человека, то система управления называется автоматической.

Система управления, в которой решения об управляющих действиях принимаются людьми, а автоматические устройства используются только для сбора, обработки и представления информации о задачах и результатах управления и для сравнительного анализа возможных вариантов решений, называется автоматизированной.

АСУ технологического процесса (АСУ ТП) – это автоматизированная система управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием качества управления.

Технологический объект управления – это совокупность технологического оборудования и реализованного на нём по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства.

 

Структурная схема централизованной АСУ ТП.

1. Иерархия. Основные виды иерархий и иерархических структур.

 

Иерархией назовем структуру с наличием подчиненности, т. е. неравноправных связей между элементами, когда воздействия в одном из направлений оказывают гораздо большее влияние на элемент, чем в другом. Типичная иерархическая связь с воздействиями вида «информация» и «управление» изображена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Пример открытой направленной системы с иерархической структурой

вида «информация, управление – информация».

 

Виды иерархических структур разнообразны. Но основных, важных для практики иерархически структур всего две — древовидная (веерная) и ромбовидная (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Примеры иерархических структур. а – древовидная (веерная); б – ромбовидная.

 

Ромбовидная структура ведет к двойной (иногда и более) подчиненности.

Иерархия поз­воляет стратифицировать систему по уровням понимания. Каждый уровень представляет собой совокупность структурных отношений между элементами нижних уровней.

Характерны следующие виды иерархии: временная, пространственная, функциональная, си­туационная и информационная.

Временная иерархия. Признаком деления здесь является интервал времени от момента поступления информации о состоянии объекта управления до выдачи управляющего воздействия. Чем больше ин­тервал, тем выше уровень (ранг) элемента. Управление может осуще­ствляться в реальном времени, с интервалом сутки, декада, месяц, квартал и т. д. Причем управляющий интервал выбирается не произ­вольно, а исходя из критериев, определяющих устойчивость и эффек­тивность функционирования всей системы.

Пространственная иерархия. Признаком деления здесь является площадь, занимаемая объектом управления. Чем больше площадь объекта, тем выше его ранг. Данный признак — субъективный, так как не всегда площадь, занимаемая объектом, соответствует его зна­чимости, и его можно использовать в случае аналогичности парамет­ров элементов одного уровня.

Функциональная иерархия. В основе лежит функциональная зави­симость (подчиненность) элементов системы. Такое разделение так­же является субъективным, так как в этом случае трудно выделить границы между элементами системы.

Ситуационная иерархия. Деление на уровни в данном случае про­изводится в зависимости от эффекта, вызываемого той или иной си­туацией, например от ущерба, возникающего в результате аварии или выхода из строя оборудования.

Информационная иерархия. В настоящее время этот вид иерархии является очень существенным в связи с возросшим значением ин­формации для управления. В основе деления на уровни лежат опера­тивность и обновляемость информации. Именно через эти характе­ристики прослеживается иерархия информации по уровням управле­ния предприятием.

 

1. Основные понятия и определения ТАР: автоматическое управление, регулирование, воздействие, возмущение, объект управления, автоматическое управляющее устройство, сигнал, обратная связь.

Рассмотрим некоторые основные понятия автоматики, касающиеся принци­пиальных теоретических вопросов автоматического управления. К таким поня­тиям следует отнести: управляемый объект, управление, автоматическое управ­ляющее устройство, автоматическую систему, воздействие, сигнал, обратную связь и др. Эти понятия являются общими для автоматического управления в самых различных областях науки и техники независимо от конкретных особен­ностей, принципа действия и практического назначения той или иной автома­тической системы.

Управление – целенаправленное вмешательство в процесс в системе.

Цель системы - получение желаемого выходного воздействия или достижения желаемого состояния системы.

Регулирование – разновидность управления, целью которого является поддержание постоянной или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс.

Объект, в котором протекает управляемый процесс, называется управляемым объектом или объектом управления.

Система управления (СУ) – совокупность управляющего устройства (УУ) и объекта управления (ОУ).

Рис. 3.1. Функциональная схема системы управления.

Состояние объекта определяется рядом величин, характеризующих как воздействие на объект внешней среды и управляющих устройств, так и протекание процессов внутри самого объекта.

Рис. 3.2. Функциональная схема воздействий на объект управления.

f = f (f₁, f₂, … f_k) - неконтролируемые возмущения;

g = g (g₁, g₂, … g_r) – контролируемые возмущения;

u = u (u₁, u₂, … u_s) – управляющие воздействия;

x = x (x₁, x_{2, …} x_n) – переменные состояния (фазовые координаты объекта);

y = y (y_1, y_{2, …} y_m) – выходные (наблюдаемые) переменные;

 

Контролируемые величины, характеризующие состояние объекта, по которым ведётся управление, называются управляемыми, или регулируемыми величинами.

Величины, выражающие внешние влияния на объект называются воздействиями.

Воздействия, вырабатываемые управляющим устройством или задаваемые

человеком, называются управляющими воздействиями.

Воздействия, не зависящие от системы управления, называются возмущениями.

Возмущения можно разделить на два вида: а) нагрузка, б) помехи.

В общем случае управляющие, возмущающие воздействия и состояния объекта – векторы.

Если объект характеризуется одной управляющей и одной управляемой величиной, то векторы u и y имеют по одной координате, и объект называется простым или односвязным (одномерным).

При наличии нескольких взаимосвязанных координат векторов u и y объект называется многосвязным (многомерным).

Управление, осуществляемое без участия человека, называют автомати­ческим, а техническое устройство, выполняющее в этом случае функции уп­равления,— автоматическим управляющим устройством или контролле­ром; объект управления и контроллер во взаимодействии друг с другом об­разуют систему автоматического управления.

Системы автоматического управления – чисто машинные комплексы, построенные по законам автоматического регулирования и применяемые главным образом для управления технологическими и производственными процессами, описание которых может быть полностью формализовано.

Система автоматического управления – совокупность управляемого объекта и управляющего устройства, взаимодействующих между собой в соответствии с законом (алгоритмом) управления.

1. Виды и основные элементы структурных схем САУ. Типовая структурная схема САУ.

Простейшая функциональная структурная схема системы управле­ния показана на рис .3.3 Здесь контроллер КН, получая информа­цию о цели управления в виде меняющегося во времени t сигнала зада­ния x(t), формирует управляющее воздействие u(t) на объект ОБ таким образом, чтобы управляемая величина у(t) менялась в соответ­ствии с изменением x(t), т. е. так, чтобы достигалась цель управления:

 

Рис.3.3. Функциональная схема системы автоматического управления.

 

Очевидно, что подобная система управления может реально функцио­нировать только тогда, когда между изменением y(t) и вызвавшим его изменением \x(t) в объекте существует однозначное соответствие. Это соответствие отражается в математической модели объекта, которая предполагается заранее известной и может быть использована для определения алгоритма функционирования контроллера (алгоритма управления). Этот алгоритм определяет, как следует изменять управ­ляющее воздействие u(t) в зависимости от изменения x(t) для того, чтобы была достигнута цель управления.

Информацию о математической модели объекта, используемую для проектирования алгоритма функционирования контроллера, называют априорной (начальной) информацией об объекте управления.

Практически рассмотренная структура системы управления может функ­ционировать только при выполнении следующих довольно жестких усло­вий: на объект управления не действуют никакие возмущения; математи­ческая модель объекта известна для любого момента времени с достаточно вы­сокой точностью; требуемый алгоритм управления может быть реализован в контроллере с достаточно высокой точностью.

Нарушение хотя бы одного из этих условий приведет к появлению некон­тролируемого самопроизвольного отклонения управляемой величины от же­лаемого значения, причем с течением времени это отклонение может стать сколь угодно большим.

В этом случае в структуру системы управления приходится вводить доба­вочный канал, по которому контроллер получает информацию о действитель­ном значении управляемой величины в каждый момент времени; это позво­ляет контроллеру при появлении отклонения от желаемого значения (неза­висимо от того, какой причиной оно вызвано) осуществить добавочное изме­нение управляющего воздействия на объект так, чтобы это отклонение было ликвидировано.

 

 

 

Рис. 3.4. Функциональная схема замкнутой системы автоматического

управления.

 

Соответствующая информационная структурная схема си­стемы приведена на рис.3.4; канал, по которому информацию с выхода си­стемы об изменении управляемой величины подается на вход контроллера, называют каналом обратной связи, или просто обратной связью. На этой схе­ме, помимо управляющего воздействия на объект ц (t), показаны также воз­мущающие воздействия X (t), число которых может быть неопределенно большим; среди них могут быть и недоступные для контроля.

В процессе работы контроллер получает текущую информацию о цели управления, а также информацию о текущем состоянии объекта и среды его функционирования и в соответствии с этой информацией (которая называет­ся рабочей) формирует управляющие воздействия на объект так, чтобы была достигнута цель управления.

В системе с обратной связью (рис. 3.4 ) имеется замкнутый конту р циркуляции сигналов; поэтому такие системы получили также название замкнутых систем управления. Соответственно систему управления без об­ратной связи (рис.3.3) называют разомкнутой.

На практике, особенно при управлении технологическими (и в том числе теплоэнергетическими) процессами, сформулированные выше условия при­менимости разомкнутых систем управления почти никогда не выполняются, так что реальные системы управления обычно имеют в своей структуре зам­кнутые контуры.

 

 

В зависимости от характера изменения сигнала задания (задающего воздействия) системы управления принято разделять на три вида:

1. Стабилизации, если задающее воздействие не меняется во времени.

2. Программного управления, если задающее воздействие является зара­нее известной (детерминированной) функцией времени.

3. Зависимого управления, или следящей, если задающее воздействие яв­ляется неопределенной в будущем функцией времени, т. е. такой функцией, характер изменения которой в будущем нельзя прогнозировать или в луч­шем случае можно прогнозировать лишь с определенной степенью вероятно­сти.

 

Управление называется н епрерывным, если осуществляемое контрол­лером изменение управляющего воздействия происходит в непрерывной за­висимости от изменения задающего воздействия и управляемой величины (а возможно, и от производных и интегралов от этих изменений). В случае дискретного управления управляющее воздействие принимает лишь какое-нибудь одно из нескольких возможных значений (в пределе — только из двух возможных значений) либо формируется в дискретные моменты време­ни.

Дискретное управление, в частности, применяется тогда, когда алгоритм управления имеет характер логических условий; в этом случае его называ­ют логическим. Логическое управление чаще всего применяется в пусковых режимах объекта, когда необходимо в определенной последовательности вводить в действие отдельные двигатели, механизмы и т. п. Обычно на прак­тике при управлении сложными технологическим объектами непрерывное и дискретное управления применяются совместно. Так, управление температу­рой пара, вырабатываемого энергоблоком, производится непрерывно измене­нием положения клапана подачи воды на впрыск; однако при сильных изме­нениях нагрузки может понадобиться, кроме того, и переключение в схеме питательных магистралей и т. п.

 

1. Декомпозиция целей управления в САУ.

На практике задача управления, как правило, расчленяется на несколько взаимосвязанных, но в то же время относительно самостоятель­ных задач, что приводит и к расчленению системы управления на более мел­кие соподчиненные подсистемы. Подобное скоординированное между собой расчленение задач и систем управления получило название декомпозиции за­дач и систем управления.

Как правило, из общей задачи управления выделяется задача устранения (или, по крайней мере, сведения к допустимому минимуму) вредного влия­ния на достижение цели управления действующих на объект неконтролируе­мых возмущений, а также неконтролируемых погрешностей в задании моде­ли объекта, т. е. задача, которая в структуре замкнутой системы управле­ния (рис. 1.1, б) решается на основе рабочей информации, получаемой конт­роллером по каналу обратной связи. Эта относительно самостоятельная часть задачи управления получила название задачи регулирования объекта, а часть системы управления, выполняющая эту задачу, — подсистемы ре­гулирования.

В результате подобной декомпозиции задачи управления контроллер расчленяется на два соподчиненных блока:

1) регулирующий, осуществляющий функции регулирования; этот блок обычно называется автоматическим регулятором, или просто регулятором;

2) к омандный, вырабатывающий командное воздействие на регулятор таким образом, чтобы была достигнута цель управления.

Рис. 3.5. Функциональная схема системы автоматического управления.

 

 

Структура системы управления в этом случае приобретает указанный на рис. 1.2 вид. Командное воздействие и (t), вырабатываемое командным бло­ком КБ, подается на вход подсистемы регулирования (на схеме она очерче­на штриховой линией), где на основании выявленного отклонения управля­емой величины от командного воздействия е_р (t) = и (t) — у (t) регулятор Р формирует управляющее воздействие \i (t). Выявление отклонения е_р (t) происходит в сумматоре, обозначенном на схеме кружком; знак, с которым берется каждое слагаемое, указан у концов соответствующих стрелок, вхо­дящих в сумматор.

Смысл подобного, опосредствованного через подсистему регулирования, управления состоит в том, что отклонения управляемой величины от ее за­данного значения, вызванные возмущениями и другими неучтенными факто­рами, достаточно эффективно устраняются регулятором, так что такую сис­тему управления можно рассматривать как систему управления объектом без возмущений (см. рис. 1.1, а), функции которого теперь выполняет подсистема регулирования в целом.

Рассмотренную систему управления (рис. 1.2) можно считать двухуров­невой: первый (нижний) уровень образует подсистема регулирования, вто­рой — система управления со структурой, показанной на рис. 1.1, а, в кото­рой в качестве контроллера КН выступает КБ, а в качестве объекта ОБ — подсистема регулирования. Такого рода двухуровневые (а в общем случае и многоуровневые) структуры систем управления, в которых верхний уровень выполняет командные функции по отношению к нижестоящему уровню, получили название иерархических структур систем управления. Расчлене­ние системы на соподчиненные уровни, на каждом из которых решается своя, относительно простая частная задача управления, позволяет сравнительно просто и эффективно решать общую задачу управления.

1. Объект управления. Векторы воздействий и состояний объекта, их обозначения. Односвязные и многосвязные объекты управления.

Состояние объекта определяется рядом величин, характеризующих как воздействие на объект внешней среды и управляющих устройств, так и протекание процессов внутри самого объекта.

Рис. 3.2. Функциональная схема воздействий на объект управления.

f = f (f₁, f₂, … f_k) - неконтролируемые возмущения;

g = g (g₁, g₂, … g_r) – контролируемые возмущения;

u = u (u₁, u₂, … u_s) – управляющие воздействия;

x = x (x₁, x_{2, …} x_n) – переменные состояния (фазовые координаты объекта);

y = y (y_1, y_{2, …} y_m) – выходные (наблюдаемые) переменные;

 

Контролируемые величины, характеризующие состояние объекта, по которым ведётся управление, называются управляемыми, или регулируемыми величинами.

Величины, выражающие внешние влияния на объект называются воздействиями.

Воздействия, вырабатываемые управляющим устройством или задаваемые

человеком, называются управляющими воздействиями.

Воздействия, не зависящие от системы управления, называются возмущениями.

Возмущения можно разделить на два вида: а) нагрузка, б) помехи.

В общем случае управляющие, возмущающие воздействия и состояния объекта – векторы.

Если объект характеризуется одной управляющей и одной управляемой величиной, то векторы u и y имеют по одной координате, и объект называется простым или односвязным (одномерным).

При наличии нескольких взаимосвязанных координат векторов u и y объект называется многосвязным (многомерным).

 

Управление, осуществляемое без участия человека, называют автомати­ческим, а техническое устройство, выполняющее в этом случае функции уп­равления,— автоматическим управляющим устройством или контролле­ром; объект управления и контроллер во взаимодействии друг с другом об­разуют систему автоматического управления.

Системы автоматического управления – чисто машинные комплексы, построенные по законам автоматического регулирования и применяемые главным образом для управления технологическими и производственными процессами, описание которых может быть полностью формализовано.

Система автоматического управления – совокупность управляемого объекта и управляющего устройства, взаимодействующих между собой в соответствии с законом (алгоритмом) управления.

 

Функциональная схема САР.

Простейшая функциональная структурная схема системы управле­ния показана на рис .3.3 Здесь контроллер КН, получая информа­цию о цели управления в виде меняющегося во времени t сигнала зада­ния x(t), формирует управляющее воздействие u(t) на объект ОБ таким образом, чтобы управляемая величина у(t) менялась в соответ­ствии с изменением x(t), т. е. так, чтобы достигалась цель управления:

 

Рис.3.3. Функциональная схема системы автоматического управления.

 

Очевидно, что подобная система управления может реально функцио­нировать только тогда, когда между изменением y(t) и вызвавшим его изменением \x(t) в объекте существует однозначное соответствие. Это соответствие отражается в математической модели объекта, которая предполагается заранее известной и может быть использована для определения алгоритма функционирования контроллера (алгоритма управления). Этот алгоритм определяет, как следует изменять управ­ляющее воздействие u(t) в зависимости от изменения x(t) для того, чтобы была достигнута цель управления.

Информацию о математической модели объекта, используемую для проектирования алгоритма функционирования контроллера, называют априорной (начальной) информацией об объекте управления.

Практически рассмотренная структура системы управления может функ­ционировать только при выполнении следующих довольно жестких усло­вий: на объект управления не действуют никакие возмущения; математи­ческая модель объекта известна для любого момента времени с достаточно вы­сокой точностью; требуемый алгоритм управления может быть реализован в контроллере с достаточно высокой точностью.

Нарушение хотя бы одного из этих условий приведет к появлению некон­тролируемого самопроизвольного отклонения управляемой величины от же­лаемого значения, причем с течением времени это отклонение может стать сколь угодно большим.

В этом случае в структуру системы управления приходится вводить доба­вочный канал, по которому контроллер получает информацию о действитель­ном значении управляемой величины в каждый момент времени; это позво­ляет контроллеру при появлении отклонения от желаемого значения (неза­висимо от того, какой причиной оно вызвано) осуществить добавочное изме­нение управляющего воздействия на объект так, чтобы это отклонение было ликвидировано.

 

 

 

Рис. 3.4. Функциональная схема замкнутой системы автоматического

управления.

 

Соответствующая информационная структурная схема си­стемы приведена на рис.3.4; канал, по которому информацию с выхода си­стемы об изменении управляемой величины подается на вход контроллера, называют каналом обратной связи, или просто обратной связью. На этой схе­ме, помимо управляющего воздействия на объект ц (t), показаны также воз­мущающие воздействия X (t), число которых может быть неопределенно большим; среди них могут быть и недоступные для контроля.

В процессе работы контроллер получает текущую информацию о цели управления, а также информацию о текущем состоянии объекта и среды его функционирования и в соответствии с этой информацией (которая называет­ся рабочей) формирует управляющие воздействия на объект так, чтобы была достигнута цель управления.

В системе с обратной связью (рис. 3.4 ) имеется замкнутый контур циркуляции сигналов; поэтому такие системы получили также название замкнутых систем управления. Соответственно систему управления без об­ратной связи (рис.3.3) называют разомкнутой.

На практике, особенно при управлении технологическими (и в том числе теплоэнергетическими) процессами, сформулированные выше условия при­менимости разомкнутых систем управления почти никогда не выполняются, так что реальные системы управления обычно имеют в своей структуре зам­кнутые контуры.

 

 

В зависимости от характера изменения сигнала задания (задающего воздействия) системы управления принято разделять на три вида:

1. Стабилизации, если задающее воздействие не меняется во времени.

2. Программного управления, если задающее воздействие является зара­нее известной (детерминированной) функцией времени.

3. Зависимого управления, или следящей, если задающее воздействие яв­ляется неопределенной в будущем функцией времени, т. е. такой функцией, характер изменения которой в будущем нельзя прогнозировать или в луч­шем случае можно прогнозировать лишь с определенной степенью вероятно­сти.

1. Основные (существенные) свойства объекта управления.

1 Аккумулирующая способность (ёмкость) – способность объекта накапливать рабочую среду или энергию (ёмкость резервуара, момент инерции вращающихся частей турбогенератора, теплоёмкость объёма жидкости.)

2 Самовыравнивание – способность объекта самостоятельно, без участия регулятора приводить возникающее несоответствие между притоком и расходом рабочей среды к нулю, а регулируемую величину к новому

установившемуся значению. Иногда под самовыравниванием понимают

устойчивость - способность объекта после кратковременного внешнего

воздействия с течением времени возвращаться к исходному состоянию или

близкому к нему.

3 Время разгона объекта - принято называть полным временем разгона объекта продолжительность процесса самовыравнивания при начальном возмущающем воздействии, равном единице, в течение которого, начиная от нуля, регулируемая величина достигает (1 — 1/n)—части своего номинального значения. Обычно принимают n = 100.

4 Постоянная времени объекта - время разгона объекта при отсутствии самовыравнивания. Для определения этого времени Та следует провести касательную к кривой разгона r (t) в начальной точке и определить точку пересечения этой касательной с прямой номинального значения регулируемой величины.

Для объектов, не имеющих самовыравнивания, значения времени разгона Т и постоянной времени Та совпадают.

 

 

1. Регулятор. Состав регулятора. Регулирующий орган. Регуляторы прямого и непрямого действия.

Регулятор (АУУ – автоматическое управляющее устройство) – устройство, осуществляющее воздействие на управляемый объект в соответствии с заложенным в нём законом управления.

 

В состав регулятора входят следующие элементы:

- чувствительные датчики

- преобразовательные

- измерительные Измеряют параметр или сигнал рассогласования

- усилительные усилители

- исполнительные перемещают регулирующие органы

(электродвигатели, гидро- и сервоприводы.). Исполнительный элемент – последнее звено регулятора.

- элементы корректирующих цепей. (обратная связь)

 

 

Рассмотрим функциональную схему системы автоматического регулирова­ния (рис. 11), которая состоит из объекта регулирования ОР и регулятора (автоматического управляющего устройства). В этой системе функционально необходимыми элементами, т. е. такими элементами, при помощи которых реали­зуется принцип управления по отклонению, являются объект регулирования ОР и измерительное 1, усилительное 2 и исполнительное 4 устройства.

В общем случае автоматический регулятор может рассматри­ваться состоящим из группы элементов, каждый из которых имеет свое определенное назначение.

В отдельных случаях некоторые из этих элементов не входят в состав регулятора или входят в объединенном виде с другими. Ниже приводятся краткие сведения об этих элементах.

а) Измерительные (чувствительные) элементы и датчики

Назначение измерительных элементов измерять в процессе регулирования действительное значение регу­лируемой величины или основного возмущающего воздействия в за­висимости от избранного принципа регулирования.

В связи с этим выходная мощность элемента весьма невелика и обычно недостаточна для непосредственного приведения в движе­ние регулирующего органа.

По этой причине измерительные эле­менты регулируемых величин в системах регулирования часто назы­вают чувствительными элементами.

К измерительному элементу часто присоединяют преобразовательный элемент. Последний пре­образовывает измеряемую неэлектрическую величину в электри­ческую или в другую, необходимую по условиям работы си­стемы.

Измерительные элементы систем регулирования, соединенные с такими преобразователями, часто называют датчиками.

 

Требуемое значение регулируемой величины вырабатывается в задающем устройстве ЗУ. ЗУ может входить в состав регулятора и являться тогда частью измерительного устройства. Оно может также находиться на значительном расстоянии от автоматической системы и быть связанным с ней дистанционно (по проводам или по радио).

в) Элементы сравнения (датчики рассогласования)

Назначение элемента сравнения состоит в определении рас­согласования между действительным и предписанным значениями, регулируемой величины и выдачи управляющего сигнала регулятору. Элемент сравнения часто совмещается с задатчиком и измерительным элементом.

Измерительное устройство вырабатывает сигнал и_с, называемый иногда сигналом ошибки, который пропорционален отклонению Ах регулируемой ве­личины х_Вь .х от требуемого значения х_вх:

где k_c^- коэффициент передачи измерительного устройства.

 

 

Усилительное устройство * усиливает сигнал ошибки до величины и_у, достаточной для управления исполнительным устройством. Усиление сигнала ошибки происходит за счет энергии внешнего источника. В простейших систе­мах, где сигнал ошибки имеет достаточную мощность, усилительное устройство может отсутствовать. Однако такие системы, которые назыв