Слайд 1ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Слайд 2Основные понятия и определения
Под автоматизацией понимается применение технических средств и
информационных технологий, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия
в решении различных задач контроля и управления.
Автоматическим регулированием называют поддержание на заданном уровне или изменение по определенному принципу какого-либо параметра технологического процесса, выполняемое без непосредственного участия человека с помощью специальных технических средств.
Комплексы технических средств, позволяющие реализовать рассматриваемые задачи, называются системами автоматизации. Их можно подразделить на системы дистанционного управления исполнительными устройствами, системы обеспечения безопасности, системы автоматического контроля и регулирования отдельных параметров.
Слайд 3Основные понятия и определения
Машины, аппараты или агрегаты, в которых выполняют
регулирование, называют объектами регулирования, а технологические параметры, подлежащие регулированию –
регулируемыми.
Технические средства (прибор или совокупность приборов), при помощи которых осуществляют автоматическое регулирование, объединяют общим названием «регулятор».
Объект регулирования и регулятор образуют автоматическую систему регулирования (АСР).
Слайд 4Основные понятия и определения
ТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
СХЕМА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Слайд 5
Структура системы управления
Структурная схема АСР, изображенная на рисунке, представляет
регулятор расчлененным на функциональные элементы.
Слайд 6Структура системы управления
Датчик воспринимает текущее значение регулируемого параметра y и
преобразует его в сигнал измерительной информации y', поступающий на элемент
сравнения.
Здесь производится сравнение y' с сигналом y'0, вырабатываемым задатчиком и пропорциональным заданному значению регулируемого параметра y0.
Разностный сигнал , пропорциональный отклонению регулируемого параметра от заданного значения, поступает на вход решающего устройства, которое формирует в определенной зависимости от Δy' сигнал управляющего воздействия u'.
Слайд 7Структура системы управления
Под действием этого сигнала исполнительный механизм перемещает регулирующий
орган. Кроме регулирующего воздействия, на объект регулирования влияют также и
другие факторы, называемые возмущающими воздействиями fi, из-за которых регулируемый параметр отклоняется от заданного значения.
Слайд 8Функции систем управления
Системы управления могут быть предназначены для выполнения функций:
автоматического
контроля;
автоматической сигнализации;
автоматической защиты;
автоматического регулирования;
логического управления;
оптимизация управления.
Слайд 9
y(τ) - текущее значение регулируемого параметра;
y0 - заданное значение
регулируемого параметра;
Δy(τ) – рассогласование или ошибка регулирования – это отклонение
регулируемого параметра от заданного значения: Δy(τ) = y(τ) – y0;
u(τ) - регулирующее воздействие; осуществляется изменением подводимого к ОР потока энергии или вещества; направлено на восстановление заданного значения регулируемого параметра;
f̅(τ) – вектор возмущающих воздействий; вызывают отклонение регулируемого параметра от заданного значения;
Слайд 10
Цель автоматического регулирования − сведение к минимуму отклонения регулируемого
параметра от заданного значения
Δy(τ) → min,
где Δy(τ) – рассогласование или
ошибка регулирования
Слайд 11
Контур АСР – траектория, определяющая последовательность обработки информации в
АСР; может быть замкнутым и разомкнутым.
Слайд 12
В зависимости от задачи регулирования АСР подразделяют на:
стабилизирующие
y0 =
const ;
программного регулирования
y0 (τ) = f (τ) ;
следящие
y0 (τ)
= f [x(τ)] .
Здесь x(τ) – ведущий параметр;
y(τ) – ведомый параметр;
y(τ) - текущее значение регулируемого параметра;
y0 - заданное значение регулируемого параметра;
Слайд 13Принципы автоматического регулирования
В основе работы системы автоматического регулирования могут быть
заложены следующие принципы:
регулирование по отклонению;
регулирование по возмущению;
комбинированный (по отклонению и
по возмущению).
Слайд 14Принципы автоматического регулирования
Регулирование по отклонению реализует принцип обратной связи (Ползунова-Уатта)
Ползуновым
И.И. в 1765 г. создан первый промышленный регулятор – автоматический
поплавковый регулятор питания котла паровой машины.
И.И. Ползунов
14 марта 1728 (Екатеринбург)
- 27 мая 1766 (Барнаул)
Макет паровой машины Ползунова
привода в движение мехов плавильных печей
Слайд 15Принципы автоматического регулирования
Английский механик Д. Уатт в 1784 г. получил
патент на центробежный регулятор скорости паровой машины.
(James Watt, 1736-1819),
Слайд 16Принципы автоматического регулирования
Это был первый в истории техники автоматический регулятор
промышленного назначения, реализующий принцип регулирования по отклонению.
Слайд 17Регулирование по отклонению
Регулятор непрерывно контролирует текущее значение регулируемого параметра y(τ),
оценивает рассогласование Δy(τ) и по его величине рассчитывает регулирующее воздействие
u(τ).
Контур АСР замкнут; в нем имеются главная обратная связь и прямая связь.
Слайд 18Регулирование по возмущению
В 1830 г. Понселе предложил построить регулятор, действующий
по возмущению. Принцип Понселе (принцип компенсации возмущающего воздействия) – второй
фундаментальный принцип управления.
Жан-Виктор Понселе
1 июля 1788-22 декабря 1867
Франция
Слайд 19Регулирование по возмущению
Условие применения:
Применяется в тех случаях, когда из всех
действующих на объект возмущений можно выделить одно, главное, по сравнению
с которым влияние на регулируемый параметр всех остальных возмущений пренебрежимо мало.
Слайд 20Регулирование по возмущению
Контур АСР «по возмущению»: ОР – объект регулирования,
АР – автоматический регулятор, fгл – главное возмущающее воздействие, y(τ)
– текущее значение регулируемого параметра
Слайд 21Регулирование по возмущению
Принцип регулирования по возмущению заключается в том, что
автоматический регулятор контролирует не регулируемый параметр, а главное возмущающее воздействие,
и при его изменениях вырабатывает регулирующее воздействие.
Контур регулирования при этом является разомкнутым, он не содержит главной обратной связи.
Слайд 22 Регулирование по возмущению
Контур АСР «по возмущению»: ОР – объект
регулирования, АР – автоматический регулятор, fгл – главное возмущающее воздействие,
y(τ) – текущее значение регулируемого параметра, u(τ) – управляющее воздействие
Слайд 23Достоинства и недостатки принципов регулирования
Преимущество принципа «по возмущению» в том,
что регулятор начинает действовать на более ранней стадии, когда появилась
только лишь причина рассогласования, а отклонение регулируемого параметра ещё не началось.
За счет такого упреждающего воздействия отклонение регулируемого параметра может вообще не проявиться, или проявится гораздо меньше, чем при регулировании по отклонению.
Слайд 24Достоинства и недостатки принципов регулирования
Недостаток принципа «по возмущению» – если
на объект подействует другое возмущение (не главное), то регулятор на
это реагировать не будет.
ИТОГ:
Принцип «по отклонению» является более универсальным (рассогласование будет ликвидировано независимо от вызвавшей его причины).
Принцип «по возмущению» дает положительные результаты регулирования, если он правильно применен.
Слайд 25Комбинированный принцип регулирования
Третий принцип – комбинированный − объединяет первые два,
при этом в качестве основной информации регулятор получает результаты измерения
регулируемого параметра, а в качестве корректирующей информации – данные о главном возмущающем воздействии.
Объединяются достоинства двух базовых методов и получаются более высокие показатели качества регулирования.
Слайд 26Структурная схема комбинированной АСР
Схема такой АСР содержит два контура: замкнутый
(по отклонению) и разомкнутый (по возмущению).
Контур комбинированной АСР: ОР –
объект регулирования, АР – автоматический регулятор, fгл – главное возмущающее воздействие, y(τ) – текущее значение регулируемого параметра, u(τ) – управляющее воздействие, y0 - заданное значение регулируемого параметра; Гл.О.Св. – главная обратная связь
Слайд 27Показатели качества регулирования
Эффективность работы АСР характеризуется показателями качества регулирования.
Существуют прямые
и косвенные методы оценки качества регулирования.
Прямые - основаны на
анализе графика переходного процесса регулирования, характеризуются простотой и наглядностью.
Косвенные – используют математические модели АСР; позволяют связать качество регулирования со значениями параметров АСР.
Слайд 28Показатели качества регулирования
Переходный процесс регулирования – динамический процесс в АСР,
вызванный каким-либо возмущающим воздействием на ОР и направленный на восстановление
заданного значения регулируемого параметра.
Для оценки качества регулирования с помощью прямых показателей принято рассматривать переходный процесс, вызванный единичным ступенчатым возмущающим воздействием.
Слайд 29Прямые показатели качества регулирования
Переходная функция представляет собой реакцию системы на
единичное ступенчатое возмущающее воздействие . Пример переходной функции
стабилизирующей АСР приведен на рисунке (красная пунктирная линия). − реакция объекта на возмущение без работы регулятора (сплошная синяя линия).
Слайд 30Прямые показатели качества регулирования
До момента времени система находилась
в состоянии покоя, и регулируемый параметр имел заданное значение. После
нанесения возмущающего воздействия регулируемый параметр стал отклоняться от заданного значения, вступил в работу регулятор, и в результате его регулирующего воздействия после нескольких колебаний параметр снова пришел к установившемуся значению.
Слайд 31Прямые показатели качества регулирования
− максимальное динамическое отклонение - амплитуда первой
полуволны отклонения, следующей непосредственно за возмущением. Это отклонение зависит от
свойств объекта регулирования, величины возмущения, типа и параметров настройки регулятора.
Слайд 32Прямые показатели качества регулирования
Динамический коэффициент регулирования RД представляет собой отношение
максимального динамического отклонения Δy1 к отклонению Δy∞ при том же
воздействии, но без вмешательства регулятора:. Этот показатель характеризует степень воздействия регулятора на переходный процесс.
Слайд 33Прямые показатели качества регулирования
Показатель «перерегулирование» связан с возможным отклонением регулируемого
параметра под воздействием регулятора в сторону, противоположную первоначальному отклонению (
). Перерегулирование характеризует степень колебательности переходного процесса, выражается в процентах и определяется по формуле:
Слайд 34Прямые показатели качества регулирования
Переходный процесс, при котором =
0%, называется апериодическим.
Слайд 35Прямые показатели качества регулирования
При незатухающих колебаниях = 100%.
Слайд 36Прямые показатели качества регулирования
При неустойчивом (расходящемся) процессе >
100%.
Слайд 37Прямые показатели качества регулирования
Время регулирования – это интервал
времени от начала переходного процесса до момента, когда отклонение регулируемого
параметра не будет превышать допустимых пределов (3…5% от y0). 2ε – зона допустимых отклонений.
Слайд 38Прямые показатели качества регулирования
Статическая ошибка –
это остаточное отклонение регулируемого параметра от заданного значения после завершения
переходного процесса регулирования.
Слайд 39Прямые показатели качества регулирования
Перечисленные показатели качества регулирования
могут быть использованы как
для оценки работы действующих систем, так и при расчете и
проектировании новых. В последнем случае, исходя из условий технологического процесса, формулируются требования к этим показателям.
Слайд 40
τР - время регулирования – интервал времени от начала
переходного процесса до момента, когда отклонение регулируемого параметра будет меньше
допустимых пределов (2…5% от y0).
А – момент условного окончания процесса регулирования;
2ε – зона допустимых отклонений
Слайд 41
Δyст - статическая ошибка регулирования –остаточное отклонение регулируемого
параметра от заданного значения после завершения переходного процесса регулирования.
Слайд 42
Перерегулирование - возможное отклонение регулируемого параметра под воздействием регулятора
в сторону, противоположную первоначальному отклонению.
Слайд 43
σ - степень перерегулирования;
определяется по формуле:
σ = (Δy2 / Δy1)·100, %
(2.1)
Переходный процесс, при котором σ = 0, называется апериодическим.
Переходный процесс, при котором σ =100, называется автоколебательным
Слайд 444) Свойства объектов регулирования
Свойства, определяющие динамику объекта:
Емкость
Инерционность
Самовыравнивание
Запаздывание
Слайд 45Емкость
Характеризует способность объекта аккумулировать вещество или энергию.
Емкость – это количество
вещества (или энергии), аккумулированное объектом и соответствующее заданному значению регулируемого
параметра y₀
Q – емкость; [Дж, кДж, МДж; кг, т; м³, л, … ]
Слайд 46Емкость (пример)
H(τ) → H0
Q – кг, л;
2) t(τ)
→ t0
Q – кДж;
Слайд 47Коэффициент емкости
С = ∆Q / ∆y (2.2)
Коэффициент емкости
– параметр, характеризующий приращение емкости, необходимое для изменения регулируемого параметра
на единицу.
Например, [кДж / °С]
Слайд 48Инерционность
Инерционность - характеризует скорость протекания переходных процессов в объекте регулирования.
Численно выражается параметрами:
- постоянная времени объекта - Т₀, с
- время разгона объекта - Тр , с
Слайд 49
Постоянная времени объекта - это условное время, в течение
которого после нанесения единичного ступенчатого воздействия на объект регулируемый параметр
изменится от своего исходного значения yнач до нового установившегося значения yкон при условии, что изменение происходит с постоянной максимальной скоростью.
Слайд 50Рис.2.5 Постоянная времени объекта регулирования
Слайд 51Самовыравнивание
Самовыравнивание – характеризует способность объекта регулирования самостоятельно восстанавливать баланс между
притоком и стоком вещества или энергии после того, как баланс
был нарушен каким-либо возмущающим воздействием.
Слайд 52
Самовыравнивание проявляется в том, что после нанесения ступенчатого воздействия
на объект (нарушение баланса) регулируемый параметр начнет изменяться и через
некоторое время стабилизируется на новом установившемся значении (баланс восстановится).
Самовыравнивание облегчает процесс управления.
Слайд 53Рис.2.6 Типы объектов регулирования
1 – с положительным самовыравниванием, устойчивые, статические;
2
- с нулевым самовыравниванием, нейтральные, астатические;
3 - с отрицательным самовыравниванием,
неустойчивые.
Слайд 54Запаздывание
Запаздывание – отставание во времени реакции объекта регулирования на какое-либо
воздействие.
(под реакцией понимается начало изменения регулируемого параметра)
По своей природе подразделяется
на:
- транспортное (передаточное)
- емкостное (переходное)
τ₃ - время запаздывания, с
Слайд 55Транспортное запаздывание
- связано с наличием в ОР транспортирующих устройств: транспортеров,
конвейеров, трубопроводов, шнеков …
Рис. 2.7 Транспортное запаздывание
Слайд 56Рис. 2.7(продолжение) Транспортное запаздывание
Слайд 57Емкостное запаздывание
- связано с наличием в ОР тепловых, гидравлических и
др. сопротивлений
Рис. 2.8 Емкостное запаздывание
Слайд 58Свойства, определяющие класс математической модели
Многомерность (одномерные, многомерные)
Распределенность параметров (с распределенными
параметрами, с сосредоточенными параметрами)
Стационарность (стационарные, нестационарные)
Стохастичность (детерминированные, стохастические)
Линейность (линейные, нелинейные)
Слайд 595) Методы исследования свойств объектов регулирования
Задача исследований – создание математической
модели ОУ, необходимой для синтеза системы управления (СУ) и ее
работы – идентификация ОУ
Слайд 60Этапы идентификации ОУ :
1) структурная идентификация – определяются свойства, используемые
для выбора класса математической модели (многомерность, распределенность параметров, стационарность, стохастичность,
линейность)
2) параметрическая идентификация - определяются статические и динамические характеристики ОУ, параметры ОУ, которые позволяют конкретизировать уравнения математической модели ОУ и СУ.
Слайд 61Статические и динамические характеристики ОУ
Статические характеристики – описывают зависимости выходных
величин от входных в установившихся состояниях ОУ
(2.3)
Установившееся состояние
(статика) – входные и выходные величины не изменяются во времени
Динамические характеристики - описывают изменения во времени выходных величин в зависимости от входных (динамика, переходные процессы в ОУ (2.4)
Слайд 62
Рис. 2.9 Методы исследования свойств ОР
Слайд 63Рис. 2.10 Кривая разгона ОР
Коэффициент передачи объекта регулирования:
КО = ∆y∞ /∆x (2.4)
Коэффициент
самовыравнивания ОР: КС = yнач / КО ∙10 -2 (2.5)
Слайд 64Рис. 2.11 Кривая разгона для астатического объекта
Тоб = 1/Коб
(2.7)
(2.8)
Слайд 65Импульсная переходная характеристика
Рис. 2.12
Импульсная переходная характеристика
Слайд 66Параметры:
Скорость разгона: ε = Δyмакс /Fx
Коэффициент самовыравнивания: Кс = Fx /Fy
Постоянная времени объекта: Тоб
= 1/( ε · Кс)
Коэффициент передачи объекта: Коб = y0 / Кс · 10-2
(2.9)
(2.10)
(2.11)
(2.12)
Слайд 67Математическая модель объекта регулирования
Задачи выбора нужного закона регулирования и
анализа работы систем методами математического моделирования основаны на применении концепции
опорно-возмущенного движения, которая была предложена А.К.Ляпуновым. В соответствии с этой концепцией изменение во времени любых переменных, в том числе и выходного показателя Y(), может быть представлено двумя составляющими - функцией Y(), характеризующей базовое (опорное) состояние регулируемого процесса, и функцией возмущенного движения y(), которая отражает динамику отклонений переменной от базового значения.
Поскольку при регулировании такие отклонения невелики, то для математического описания возмущенного движения пригодны обычные дифференциальные уравнения и линеаризованные зависимости, что существенно упрощает решение задач методами математического моделирования.
Слайд 68Математическая модель объекта регулирования
Модели, предназначенные для решения задач управления,
могут быть представлены определенными сочетаниями динамических звеньев.
Модель – это
объект, который мы используем для изучения другого объекта (оригинала). Модель и оригинал должны быть похожи, чтобы выводы, сделанные при изучении модели, можно было бы (с некоторой вероятностью) перенести на оригинал.
Любой объект взаимодействует с внешней средой с помощью входов и выходов. Входы – это возможные воздействия на объект, выходы – это те сигналы, которые можно измерить. Например, для электродвигателя входами могут быть напряжение питания и нагрузка, а выходами – частота вращения вала, температура. При изменении информации на входе меняется внутреннее состояние объекта и, как следствие, выходы:
Слайд 69Математическая модель объекта регулирования
Создание и использование таких моделей основано на
следующих предпосылках.
Динамическое звено – это условное представление одной математической зависимости,
с помощью которой можно описать переходный процесс в отдельной части системы. Количество и разновидности используемых звеньев определяются назначением системы и динамическими свойствами ее основных элементов.
Принято, что звено отражает динамику передачи воздействия только в одну сторону – от одного входа к одному выходу.
Слайд 70Математическая модель объекта регулирования
Создание и использование таких моделей основано на
следующих предпосылках.
3. Если необходимо учитывать влияние выхода на вход, как это
обычно бывает, то применяется обратная связь, которая может быть отрицательной или положительной, постоянно действующей («жесткой») или же постепенно исчезающей к концу переходного процесса («гибкой»).
4. При алгебраическом сложении передаваемых в системе сигналов используется принцип суперпозиций (результирующий эффект равен сумме эффектов отдельных воздействий), что справедливо лишь для линейных систем.
Слайд 71Математическая модель объекта регулирования
Система расчленяется на отдельные динамические звенья так,
чтобы они могли описывать переходные процессы с помощью дифференциальных уравнений
не выше второго порядка.
Слайд 72Основные типовые звенья
Пропорциональное (усилительное)
Интегрирующее
Идеальное дифференцирующее
Реальное дифференцирующее
Инерционное (апериодическое) 1-го порядка
Чистого запаздывания
…
… …
Слайд 77Инерционное (апериодическое) 1-го порядка
Слайд 79Использование преобразования Лапласа для моделирования ТДЗ и систем
Преобразование Лапласа - интегральное
преобразование, связывающее функцию F(p) комплексного переменного (изображение) с функцией f(τ) действительного переменного (оригинал).
f(τ) называют оригиналом
преобразования Лапласа, а F(p) - изображением преобразования Лапласа. f(τ) и F(p)однозначно определяются друг относительно друга, то есть если известно f(τ), то всегда можно узнать F(p), и наоборот, если известно F(p), то всегда можно получить f(τ).
Слайд 802 Использование преобразования Лапласа для моделирования ТДЗ и систем
Слайд 81Понятие о передаточной функции. Передаточные функции основных ТДЗ
Слайд 83Формальное определение передаточной функции:
Слайд 84Передаточные функции основных ТДЗ:
Слайд 854 Передаточные функции основных комбинаций звеньев и систем
Типовые виды соединений
звеньев:
- последовательное
- параллельное
- встречно-параллельное (соединение с обратной связью)
Слайд 86Передаточная функция при последовательном соединении:
Слайд 87Передаточная функция при параллельном соединении:
Слайд 88Передаточная функция при встречно-параллельном соединении:
Слайд 90Законы автоматического регулирования
Законом регулирования называют функциональную связь между регулирующим воздействием
и отклонением регулируемого параметра от заданного значения:
u(τ) = f ∆y(τ)
,
где u(τ) - регулирующее воздействие ;
∆y(τ) – рассогласование.
Закон регулирования - это основная характеристика регулятора, определяет способ формирования регулирующего воздействия. Выбор регулятора производится в зависимости от свойств объекта, условий его работы и требуемых показателей качества регулирования.
Слайд 91Схема системы автоматического регулирования
Слайд 92В практике автоматического регулирования используются следующие законы регулирования:
Позиционные (2-х и
3-х) (Поз)
Пропорциональный (П)
Интегральный (И)
Пропорционально-интегральный (ПИ)
Пропорционально-дифференциальный (ПД)
Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД)
Слайд 93
От правильного выбора закона регулирования и параметров настройки регулятора
зависит качество автоматического регулирования и работоспособность АСР.
Слайд 94Позиционное регулирование
Простейшим способом регулирования является позиционный, при котором регулятор в
зависимости от текущего значения регулируемого параметра переключает регулирующее воздействие с
одного фиксированного уровня на другой.
В практике используют двух- и трехпозиционное регулирование, при которых таких уровней, соответственно, два или три.
Слайд 95Двухпозиционное регулирование
Математическая формулировка идеального (без зоны нечувствительности) двухпозиционного закона регулирования
имеет вид:
u(τ) = U₁ при ∆y(τ) ≤ 0
u(τ) =
U₂ при ∆y(τ) > 0
Например, U₁ = 1 т.е. «Вкл / Выкл»
U₂ = 0
Слайд 96Двухпозиционное регулирование
В режиме двухпозиционного регулятора (компаратора) его логическое устройство сравнивает
значение входной величины с уставками и выдает управляющий сигнал на
выходное устройство в соответствии с заданной логикой.
Выходной сигнал двухпозиционного регулятора может иметь только два значения: максимальное и минимальное. Одно из них включает, а другое выключает выходное устройство.
Поэтому для работы логического устройства в режиме двухпозиционного регулятора требуется выходное устройство ключевого типа (электромагнитное реле, транзисторная оптопара, оптосимистор, выход для управления внешним твердотельным реле).
Слайд 98Двухпозиционное регулирование
Тип логики двухпозиционного регулятора может быть различным. Прямой гистерезис
(логика 1) применяют для управления работой нагревателя. Включение реле в
этом случае происходит при условии
а выключение – в случае
Слайд 99Двухпозиционное регулирование
При обратном гистерезисе (логика 2) объект при включении реле
должен охлаждаться. Включается реле при соблюдении условия
и выключается, когда
Слайд 100Двухпозиционное регулирование
Логика 3 (П-образная) может быть применена для сигнализации о
входе контролируемой величины в заданный диапазон; включение выходного устройства происходит
при условии
Слайд 101Двухпозиционное регулирование
U-образную логику применяют в случае, когда прибор используют для
сигнализации о выходе контролируемой величины за заданные границы. При этом
выходное устройство включается при условии
и
Слайд 102Двухпозиционное регулирование
Для защиты выходного устройства от частых срабатываний при работе
логического устройства в режиме компаратора во многих приборах имеются параметры
для установки времени задержки включения tвкл и времени задержки выключения tвыкл выходного устройства. Логическое устройство включает (выключает) выходное устройство, если условие, вызывающее изменение состояния, сохраняется как минимум в течение времени, установленного этими параметрами.
Слайд 106Параметры настройки двухпозиционного регулятора
уставка y0 (заданное
значение регулируемого параметра)
уровни регулирующего воздействия UМАКС (вкл.;
1), UМИН (выкл.; 0)
зона нечувствительности δ (зона неоднозначности, дифференциал)
Слайд 107Показатели качества регулирования
Качество двухпозиционного регулирования характеризуется
периодом колебаний
τК
амплитудой А А =
(Δy1 + Δy2)/2
условной статической ошибкой регулирования ΔyСТ ΔyСТ = yСР – y0
Слайд 108Трехпозиционное регулирование
При трехпозиционном регулировании используют обычно два выходных реле регулятора.
Три уровня воздействия на объект регулирования формируют путем включения одного
или другого реле и выключением их обоих. Процесс трехпозиционного регулирования проходит таким образом, что одно из выходных реле управляет «нагревателем», а второе - «холодильником».
Слайд 110Трехпозиционное регулирование
Параметрами настройки трехпозиционного регулятора являются:
уставка (на рисунке –
Туст);
уровни регулирующего воздействия (UМАКС – включен нагреватель, UСР – все
выключено, UМИН – включен холодильник);
зона нечувствительности δ;
гистерезис γ.
Слайд 111Трехпозиционное регулирование
Качество позиционного регулирования характеризуется периодом колебаний τК, амплитудой А,
и условной статической ошибкой регулирования ΔТСТ.
Амплитуду колебаний можно определить как
среднее арифметическое максимальных отклонений регулируемого параметра от уставки в большую и меньшую стороны:
А = (ΔТ1 + ΔТ2)/2.
Условная статическая ошибка определяется как разность между фактическим средним значением регулируемого параметра и уставкой регулирования:
ΔТСТ = ТСР – ТУСТ.
Слайд 112Пропорциональный закон регулирования
При пропорциональном законе регулирующее воздействие прямо пропорционально отклонению
параметра от заданного значения
u (τ) = Кр ∙ ∆y(τ)
где
Кр – коэффициент передачи регулятора, является параметром его настройки.
Слайд 113Рис. 2.12 Пример пропорционального регулятора
Слайд 114Динамика переходного процесса
u (τ) = Кр ∙ ∆y(τ)
Слайд 115
Для работы П-регулятора характерно:
Наличие статической ошибки регулирования
( ∆yСТ > 0 )
Обеспечивает наиболее быструю стабилизацию регулируемого параметра,
-время регулирования меньше, чем у других регуляторов (τР - минимальное)
Максимальное динамическое отклонение Δy1 - меньше только, чем у интегрального регулятора
Слайд 116
При интегральном законе регулирующее воздействие прямо пропорционально интегралу рассогласования
по времени
u (τ) = 1 / ТИ ∙ ∫ ∆y(τ)dτ
(2.8)
где ТИ – постоянная времени интегрирования (параметр настройки регулятора); часто величину 1 / ТИ в формуле (2.8) заменяют на КР по аналогии с формулой (2.7).
Слайд 117
Для работы И-регулятора характерно :
Отсутствие статической ошибки регулирования
( ∆yСТ = 0 )
Время регулирования больше, чем у
всех других регуляторов (τР - максимальное)
Максимальное динамическое отклонение Δy1 больше, чем у всех других регуляторов
Слайд 1184) Пропорционально-интегральный и пропорционально-интегрально-дифференциальный законы регулирования
Пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования является
комбинацией П- и И-законов
u (τ) = Кр ∙[ ∆y(τ)
+ 1 / ТИ ∙ ∫ ∆y(τ)dτ ] (2.9)
Слайд 119
ПИ-регулятор имеет два параметра настройки:
КР -
коэффициент передачи регулятора
ТИ - время изодрома или
время удвоения).
Обеспечивает более высокое качество регулирования, чем П- и И-регуляторы.
Слайд 120
Для работы ПИ-регулятора характерно:
Отсутствие статической ошибки регулирования
( ∆yСТ = 0 )
Время регулирования τР меньше, чем у
интегрального
Максимальное динамическое отклонение Δy1 меньше, чем у пропорционального и интегрального
Слайд 121
Наиболее сложным законом регулирования является пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД), который описывается
выражением
u (τ) = Кр ∙[ ∆y(τ) + 1 / ТИ
∙ ∫ ∆y(τ)dτ +
+ ТД∙ d(∆y(τ))/dτ ] (2.10)
где ТД – постоянная времени дифференцирования или время предварения.
Слайд 122
ПИД-регулятор имеет три параметра настройки:
КР - коэффициент передачи
регулятора
ТИ - время изодрома или время удвоения)
ТД - постоянная времени дифференцирования
Слайд 123
Для работы ПИД-регулятора характерно:
Отсутствие статической ошибки регулирования
( ∆yСТ = 0 )
Время регулирования τР меньше, чем у
интегрального и ПИ
Максимальное динамическое отклонение Δy1 меньше, чем у всех остальных
Применяется на наиболее «трудных» объектах и там, где требуется обеспечить высокое качество регулирования.
Слайд 125Передаточная функция объекта регулирования:
Слайд 1315) Автоматические регуляторы и микропроцессорные контроллеры
Автоматический регулятор – прибор, выполняющий
автоматическое регулирование какого-либо технологического параметра (температуры, давления, уровня …)
Автоматические регуляторы
классифицируются по назначению, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия, принципу действия, конструктивным особенностям и т.п.
Слайд 132
а) По функциональному назначению:
специализированные – для регулирования какого-либо
одного параметра;
универсальные – для регулирования различных параметров;
Слайд 133
б) По виду используемой энергии :
электрические,
пневматические,
гидравлические,
без использования специального источника энергии -
регуляторы прямого действия
Регуляторы прямого действия для процесса управления используют энергию самого объекта управления .
Примером таких регуляторов являются механические регуляторы давления, ТРВ …
Слайд 134
в) По характеру изменения регулирующего воздействия :
непрерывного действия,
дискретного действия.
Дискретные регуляторы подразделяются на релейные (позиционные), цифровые
и импульсные.
Слайд 135
г) По закону регулирования :
двухпозиционные и трехпозиционные,
пропорциональные,
интегральные,
пропорционально-интегральные,
пропорционально-дифференциальные,
пропорционально-интегрально-дифференциальные.
Слайд 136
Микропроцессорный контроллер (МК)– программно управляемое средство обработки информации, предназначенное
для управления какими-либо технологическими объектами.
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) –
это промышленные мини-компьютеры, которые сканируют сигналы от датчиков, обрабатывают их в соответствии с хранимой программой и генерируют выходные сигналы для управления технологическими процессами, а также осуществляют связь с другими устройствами и компьютерами.
