Раздел I. Основы теории автоматического управления

Тема 1.01 Основные понятия и определения

Цель предмета – получение знаний в области управления (полностью или частично автоматизированного) химико-технологическими процессами

Пример системы управления (СУ) парогенератором (устройством для получения пара при сжигании жидкого топлива):

1- парогенератор

2- форсунки

3- датчик давления РЕ

4- регулятор

5- регулирующий орган

6- исполнительный механизм (ИМ)

Поддержание давления пара на заданном уровне – цель управления.

Датчик давления выдает информацию регулятору, который с помощью ИМ осуществляет изменение проходного сечения запорной арматуры с целью стабилизации давления пара.

Часто для анализа и синтеза систем управления используют структурные схемы, в которых элементы СУ представлены в виде прямоугольника, имеющего вход и выход

Для обеспечения правильной работы системы очень важно согласование регулятора с управляемым объектом

Для схемы (рис.1) составляется структурная схема

Основные элементы СУ – объект и регулятор.

У объекта имеется множество параметров состояния. Из этого множества выбирают те параметры, которые прямо или косвенно свидетельствуют о нарушениях хода технологического процесса – это так называемые регулируемые переменные y(t) (выходные характеристики).

Отклонение температуры свидетельствуют о нарушении теплового баланса;

уровня жидкости – баланса по жидкой фазе;

давления – баланса по газовой фазе;

концентрации – баланса по компонентам.

На объект поступают внешние воздействия - возмущения f(t), либо регулирующие воздействия xр:

Различают возмущения контролируемые (можно измерить) и неконтролируемые (измерить невозможно или нецелесообразно).

Основным возмущающим фактором является нагрузка. Для парогенератора – это расход пара.

Для управления выходными переменными y(t) используются управляющие (регулирующие) воздействия xр(t) (могут также обозначаться x(t), u(t)). Как правило, это изменение положения регулирующего органа и связанный с ним расход вещества или энергии, выделяемая мощность электронагревателей и пр.

Для обеспечения качественного управления объектом (рис.1) необходимо согласовать статические и динамические характеристики регулятора с характеристиками объекта.

Обычно датчики и исполнительные устройства относят к объекту (т.к. в процессе эксплуатации они не меняются), что позволяет структурную схему (рис.2) рассматривать в упрощенном виде:

Тема 1.02 Принципы управления

Системы управления классифицируются по различным признакам, в том числе по принципам управления. Различают следующие принципы управления:

1. разомкнутое управление – управление по возмущению;

2. замкнутое управление – управление по отклонению.

Управление по возмущению

Если удается выделить и измерить основной возмущающий фактор, то может быть реализован данный принцип.

Структурная схема

Регулятор изменяет расход топлива в соответствии с основным возмущающим фактором – расходом пара.

Достоинствo: простота и быстродействие.