Управления




Скачать 250.1 Kb.
НазваниеУправления
Дата публикации17.08.2013
Размер250.1 Kb.
ТипЛабораторная работа
zadocs.ru > Математика > Лабораторная работа
Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Цель работы - изучение структуры, принципов управления, исследование динамических характеристик и определение показателей качества систем автоматического управления.
5.1. Принципы формирования алгоритмов управления

Система автоматического управления (САУ) - это совокупность объекта управления (ОК) и управляющего инструменты (УИ) (устройство), которые взаимодействуют между собой определенным образом и исполняют задаваемые функции без непосредственного участия человека.

Объектам управления называют агрегат, машину, комплекс машин, что осуществляют технологический процесс, в котором необходимо поддерживать на желаемом уровне или менять по определенному закону управляемый параметр.

Технический инструмент, посредством которой осуществляется автоматическое управление объектом, называется управляющим инструментом.

Управляемым параметром называется физическая величина, которая характеризует ход технологического процесса в ОК и которая поддерживается УИ на желаемом значении.

Управляющий инструмент действует по алгоритму управления, который представляет собой совокупность внешних организованных воздействий на ОК, что обеспечивают задаваемый алгоритм функционирования.

В основе каждой ^ САУ лежит какой-то принцип управления, который формируется в зависимости от используемой информации. При этом различают два основные типа САУ - разомкнутый и замкнутый.

В разомкнутых САУ выходная величина ОК У не измеряется. Существуют разомкнутыя САУ, которые управляют только по задаваемому воздействию Z (рис. 5.1, а) или только по потрясению V (рис. 5.1, б). Первые используют, когда характеристики ОК хорошо определены и значению входной переменной точно соответствует значение выходной переменной У. Второй тип разомкнутых САУ используют тогда, когда потрясение V доступно измерению. В данном случае можно не ждать его проявления на выходе ОК, а сразу корректировать сигнал на входе объекта U по величине переменной V. Этот принцип управления получил название принципа управления по потрясению.


Рис. 5.1. Структурные схемы САУ
Если принять, что на объект управления действуют разные потрясения и только часть из них подчиняется управляемому воздействию УИ, тогда для более точного управления нужно использовать замкнутые системы (рис. 5.1, в, г). В них на вход УИ подают задаваемое воздействие Z и выходную величину ОК У. УИ сравнивает задаваемое значение Z с фактическим В, и в зависимости от величины отклонения формируется сигнал коррекции U. На величину отклонения влияет потрясение V. Когда потрясение V беспрерывно меняется, то существует большее или меньшее отклонение У от Z, и вырабатывается беспрерывно коррекция U (рис. 5.1, в).

Принцип управления по отклонению является наиболее распространенным в САУ, которые также называют САУ с обратной связью или системами автоматического регулирования (САР).

Более сложными являются системы, где сопрягаются управления по потрясению и по отклонению. Это объединение двух принципов получило название комбинированного принципа управления (рис. 5.1, г).

САР в зависимости от цели управления и характера изменения задаваемого воздействия делятся на стабилизирующие, программные и следящие.

Стабилизирующие САР поддерживают технологические переменные на постоянных значениях с задаваемой точностью. Когда технологический процесс требует смен значений переменных по программе, согласно с технологическим регламентом, то используют САР, которые называют программными. Задачи слежения за сменами переменных и отображения значений исполняют следящие системы.
^ 5.2. Автоматические регуляторы
Чтобы достичь необходимых качественных показателей системы, надо иметь возможность менять параметры частей ее элементов. Таким элементам является автоматический регулятор (АР), который формирует свой выходной сигнал в соответствии с законами управления. В качества входного сигнала АР выступает ошибка управления ∆(t) между фактическим значением У и задаваемым значением Z выходного параметра системы.

Автоматические регуляторы позволяют влиять на амплитуду и фазу входного сигнала, что выражается соответствующими математическими зависимостями, какие были названы типичными законами регулирования.

Закон регулирования - это математическая зависимость .

Для изменения амплитуды входного сигнала используется пропорциональный закон регулирования (П-закон)

,

где Kпр - коэффициент пропорциональности

Для реализации отставания по фазе сигнала пользуются интегральным законом регулирования (И-закон)

,

где ^ Ті - время интегрирования; Т - интервал времени.

Для опережения по фазе сигнала используют дифференциальный закон

,

где ^ Тд - время дифференцирования.

Коэффициенты Kпр, Ті, Тд называют параметрами настройки регуляторов. Регуляторы могут объединять элементарные законы. Так были созданы пропорционально-интегральный (ПИ)



и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) законы регулирования:

.

Значения коэффициентов определяют специальными методами с учетом технологических требований к системе.
^ 5.3. Цифровые системы управления
Схематически цифровая САУ показана на рис. 5.2.


Рис. 5.2. Схема одноконтурной цифровой САУ

Управляемое воздействие в цифровой САУ определяется по запрограммированному алгоритму вычислительным инструментом ВИ цифрового регулятора ЦР. Входными величинами ОК служат дискретные значения заданного воздействия Z [n · T0] и выходного параметра ОК У [n · T0], которые получаются на выходе аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с аналоговых сигналов z(t) и y(t) соответственно.

Информация обрабатывается ^ ВИ в дискретные моменты времени через равные интервалы Т0, которые называют интервалам управления. Работа элементов ЦР синхронизируется таймером регулируемого времени. ВИ вырабатывает новую последовательность цифр U [n · T0], которая превращается в беспрерывные сигналы u(t) для воздействия на ОУ через исполнительный инструмент ИИ.

Алгоритм цифрового типового регулятора рассмотрим путем перехода от модели аналогового ^ ПИД – закона регулирования.

Как и в аналоговом регуляторе, пропорциональная составная выходного сигнала соответствует изменению величины входного сигнала в тот же момент времени: . В цифровых регуляторах интеграл от беспрерывной функции заменяют суммой прямоугольников , а дифференциал - отношениями

Тогда ПИД-закон регулирования для k-гО интервала цифрового регулятора будет иметь вид
^ 5.4. Показатели качества систем автоматического управления
Качество систем стабилизации часто оценивают по переходной характеристике, которая отображает реакцию выхода системы на ступенчатое воздействие (рис. 5.3).



Рис. 5.3. Переходный процесс системы автоматического управления
Через уж обозначено желаемое значение выхода на скачкообразное воздействие. Через н показано вперед определенная ошибка системы. Значение ошибки 2н создает границы, в которые должна попасть переменная в момент времени . Это время называют временем регулирования. Максимальное превышение y(t) над уж получило название перерегулирования. Оно определяется по следующей формуле: .

Разница называется статической ошибкой, которая определяет точность системы управления в статическом режиме.

Степень погасания переходного процесса определяется так:



.

Для промышленных систем считается хорошими переходные процессы с .
^ 5.5. Описание лабораторной установки
Объектом САУ является теплообменник с электрическим нагревателем Н. Температура объекта определяется датчиком температуры ДТ, сигнал с которого подается на измеритель-регулятор ТРМ. Он управляет величиной тока в нагревателе Н, это значит меняет приток тепла в объект.

Напряжение питания на установку подается автоматическим выключателем SF. Это фиксируется загоранием лампы HL. Объект подключается к регулятору переключателем S1.

Рис. 5.4. Схема лабораторной установки
Включателем S2 подается питание на вентилятор, который служит для охлаждения и создания потрясения на ОУ. ПК служит для дистанционного управления ТРМ и отображения процессов регулирования. Управляемым инструментом является измеритель-регулятор ТРМ101. В этой работе он реализует ПИД-закон регулирования.
5.6. Короткое описание измерителя-регулятора ТРМ101

Приборы ТРМ в комплекте с первичным преобразователем предназначены для измерения физического параметра ОУ, отображения этого параметра на встроенном цифровом индикаторе и для формирования сигналов управления выходными инструментами, которые осуществляют регулирование измеряемого параметра (рис. 5.5).Функциональная схема прибора приведена на рис. 5.5. ТМР имеет универсальный вход 1 для подключения датчиков разных типов, дополнительный вход 2 для дистанционного управления, цифровой фильтр, ПИД-регулятор и инструменты стабилизации, выходные инструменты 1 и 2 и интерфейс RS-485.Для измерения температур используют термопреобразователи сопротивления и термоэлектрические термометры (термопары). Для измерения других параметров используют датчики с преобразователями этих параметров в унифицированные сигналы постоянного тока 4...20 мА, 0...5 мА или напряжения -50...+50 мВ и 0...1 В. В приборе предусмотрена автоматическая коррекция температуры свободных концов термопары. Ключ 1 осуществляет пуск и прекращение процесса регулирования. Ключ 2 включает дистанционное управление приборам через интерфейс RS-485. Цифровой фильтр уменьшает влияние случайных импульсных преград на измерения.




Рис. 5.5. Функциональная схема прибора ТМР101
На выходе регулятора вырабатывается управляемый (выходной) сигнал Yі, действие каторого направленно на уменьшение отклонения Еі: ,

где ^ Хр - полоса пропорциональности; Еі - рассогласование; д - время дифференцирования; і - время интегрирования; ΔЕі - разность между соседними измерениями Еі и Еі-1; Δtвым - время между соседними измерениями.

С формулы видно, что при ПИД-регулировании сигнал управления зависит от пропорциональной , дифференциальной и интегральной составных.

Для работы ^ ПИД-регулятора необходимо установить правильные для конкретного ОУ значения коэффициентов Хр, д и і, которые можно определить в режиме "АВТОНАСТРОЙКА" или "РУЧНАЯ НАСТРОЙКА".

Эффективный контроль за процессом регулирования обеспечивает логичный инструмент, который включает аварийную сигнализацию, действие которой определяется свечением светодиода "AL" или "LBA" на передней панели прибора.

На передней панели прибора находятся индикаторы:

верхний цифровой индикатор красного цвета для отображения измеряемой величины или названия программируемого параметра;

нижний цифровой индикатор зеленого цвета отображает вставку или значение программируемого параметра;

восемь светодиодов красного цвета постоянного свечения: "К1" - включение выходного инструмента 1; "К2" - включение выходного инструмента 2; "AL" - светится, когда параметр выходить за задаваемые границы; "LBA" - показание обрыва контура регулирования; "П/С" - пуск процесса регулирования; "ПН" - предыдущая автонастройка; "ТН" - точная настройка; "RS" - управление (рис. 5.6).


Рис. 5.6. Элементы индикации и управления

Кнопки на панели имеют следующее значения: - увеличение значения параметра; - уменьшение значения параметра; ПРОГ. - вход в меню программирования или переход к следующему параметру.
^ 5.7. Методика выполнения работы
В соответствии с целью работы надо исследовать динамические характеристики и определить показатели качества САУ.

В работе исследуется стабилизирующая система автоматического управления. Для таких систем возможны два вида потрясений: по заданию и по нагрузке.

Потрясение по заданию возникает всегда, когда надо изменить режим работы объекта, например по требованию технологического процесса. Это, как правило, исполняет оператор сменой величины задаваемого значения регулируемого параметра, в нашем случае температура Тз. Поскольку в начале выполнения работы величина Тз устанавливается (по заданию преподавателя) на регуляторы ТМР, а ОУ имеет температуру, равную температуре окружающей среды, то разность ΔТз = (ТзТн и есть величина потрясения по заданию.

Чтобы получить переходную характеристику САУ под влиянием этого потрясения, надо подать питание на установку выключателем ТРМ SF и подключить ОУ к регулятору включателем S1. Сразу надо включить секундомер. Данные записать в табл. 5.1.

^ Таблица 5.1
Данные реакции системы на воздействие по заданию


Время, с

0

5

10

15

20

25

30

Т, °С























Со временем температура в объекте должно достичь задаваемого значения ^ Тз.

Основная задача стабилизирующих САУ - поддерживать задаваемое значение регулируемого параметра независимо от места и времени возникновения потрясений.

Наиболее сильным является потрясение по нагрузке объекта. Нагрузкой объекта является его теплозатраты в окружающей среду. Поэтому чтобы создать такое потрясение, надо включить вентилятор В и секундомер. В первый момент температура уменьшается, потом регулятор должен ее воссоздать. Данные этого эксперимента записать в табл. 5.2.

^ Таблица 5.2
Даныя рэакцыі сістэмы на ўзрушэнне па нагрузцы


t, с

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Т, °С




























Эксперименты надо проводить до того времени, пока температура не достигнет устойчивого значения.

По итогам эксперимента построить графики переходных процессов и определить все показатели качества (рис. 5.3).

Содержание отчета

1. Короткое преподавание принципов формирования алгоритмов управления. 2. Описание законов регулирования. 3. Общие сведения о цифровых системах. 4. Показатели качества САУ 5. Схема лабораторной установки. 6. Короткое описание ТРМ101. 7. Таблицы и графики экспериментов. 8. Показатели качества переходных процессов САУ.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Управления iconВопросы гэк по «Управлению персоналом»
Понятие управления. Управленческая деятельность. Суть управления Система управления. Совершенствование управления предприятием

Управления iconТема №4 Методы управления План
Методы управления это способы воздействия управ­ляющей подсистемы субъекта управления на управляемую подсистему объект управления...

Управления iconЗадача управления заключается в формировании такого закона изменения...
Сущность проблемы автоматического управления. Принципы и алгоритмы управления. Примеры систем автоматич. Управления(сау). Основные...

Управления iconКибернетическая модель менеджмента. Связь менеджмента с теорией управления....
Функции менеджмента. Взаимосвязь между функциями. Основные уровни организационного управления

Управления iconТезисы докладов до
Гиуст бгу: управления недвижимостью, управления финансами, экономики и управления бизнесом, социальной работы, реабилитологии, правовых...

Управления iconТезисы докладов до
Гиуст бгу: управления недвижимостью, управления финансами, экономики и управления бизнесом, социальной работы, реабилитологии, правовых...

Управления iconЛекция 13 Менеджмент: понятие, функции и виды
Менеджмент определяется как вид деятельности, процесс управления; орган или аппарат управления; категория людей; наука и искусство...

Управления iconМенеджмент туризма
Раскрыты система, структура, функции, методы и стиль управления туристской фирмой. Особое внимание уделено вопросам организации труда...

Управления iconМенеджмент туризма
Раскрыты система, структура, функции, методы и стиль управления туристской фирмой. Особое внимание уделено вопросам организации труда...

Управления iconУчебники: Кибанов
Целью управления как специфического рода деятельности является регулирование и координация деятельности различных структурных подразделений...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов