СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

Глава 11

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Под управлением технологическим процессом понимается совокупность операций, необходимых для осуществления таких це­лей, как пуск и остановка технологического процесса, поддержание какого-либо параметра процесса на заданном уровне, изменение па­раметра по заданной программе и т. п.

Установку, машину, агрегат, в котором протекает исследуемый технологический процесс, называют объектом управления.

Управление может быть ручным или автоматическим. В пер­вом случае операции управления осуществляет человек, а во вто­ром — управляющее устройство. Сочетание объекта управления и управляющего устройства образует систему автоматического управления (САУ).

На работу системы автоматического управления влияют различ­ные воздействия. Будем называть их входными воздействия­ми, входными величинами или просто входами (Хвх) (рис. 11.1).

Параметры процесса, которые в той или иной степени характери­зуют его качество и изменяются под действием входных величин, будем называть выходными величинами или просто выхо­дами (.Хвых). Входные воздействия, которые нарушают заданный закон изменения выходных величин, будем называть возмущаю­щими воздействиями или просто возмущениями. Возму­щения можно подразделить на два вида: нагрузку (Н) и помехи (П). Изменение нагрузки обычно обусловлено технологическим про­цессом, а помехи вызываются изменениями внешних условий (на­пример, температуры окружающей среды) или свойств отдельных элементов системы.

Воздействие управляющего устройства на объект управления на­зывается управляющим воздействием (У). Оно также от­носится к входным воздействиям.

Всякую систему автоматического управления можно разложить на ряд элементов. Если у таких элементов изменение входной ве­личины влияет на изменение выходной величины, а изменение вы­ходной величины при этом не влияет на изменение входной, то та­кой элемент называют детектирующим или элементом на­правленного действия.

Будем рассматривать в дальнейшем только системы, содержащие детектирующие элементы.

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ

При построении системы автоматического управления широко применяют обратные связи. Такие связи можно обнаружить везде, где проявляется свойство «саморегулирования» в природе. Без обратной связи само существование живых организмов было бы невозможным. Так, в человеческом организме правильное положе­ние тела в пространстве обеспечивается целой системой; вестибу­лярный аппарат обнаруживает отклонение от вертикали и посылает поток нервных импульсов, несущих информацию об отклонении, к нервным центрам мозга; в результате переработки мозгом получен­ной информации посылается поток импульсов к мышцам, изменяю­щим положение тела и восстанавливающим нарушенное равновесие.

Точно так же в технических системах автоматического управле­ния обратная связь осуществляется путем подачи выходной величи­ны на вход, что позволяет при изменениях выходной величины вно­сить необходимые коррективы на входе.

Обратную связь называют внешней, если она соединяет выход системы с ее входом, и внутренней или местной, если она соединяет выход одного или группы элементов системы с их вхо­дом.

Если подача выходной величины элемента системы на его вход усиливает действие входной величины на выходную, то такая обрат­ная связь называется положительной.

Обратная связь называется отрицательной, если подача вы­ходной величины элемента системы на его вход ослабляет действие входной величины на выходную.

По характеру передачи воздействий обратные связи делятся на жесткие и гибкие. Жесткая связь действует как в установившем­ся, так и в переходном режиме, гибкая действует только в пере­ходном режиме, а в установившемся режиме ее действие прекраща­ется.

РАЗОМКНУТЫЕ И ЗАМКНУТЫЕ САУ

Системы автоматического управления делятся на разомкнутые и замкнутые.

Разомкнутыми называются такие системы автоматического управления, в которых отсутствует внешняя обратная связь и, сле­довательно, отсутствует контроль результата управления. Их можно-подразделить на системы с жесткой программой и системы управ­ления по возмущению.

В разомкнутой САУ с жесткой программой (рис. 11.2,а) на управляющее устройство подается жесткое задание 3. Управляющее устройство оказывает воздействие У на объект управления в соот­ветствии с этим заданием. Под действием некоторого возмущения Хвх (например, изменение нагрузки) могут возникнуть отклонения выходной величины Хвых объекта от задания. Однако эти отклоне­ния в разомкнутой САУ с жесткой программой не контролируются и не влияют на работу управляющего устройства.

К таким системам относятся, например, системы автоматического пуска и остановки насосов, вентиляторов, компрессоров и т. п.

В разомкнутой САУ по возмущению (рис. 11.2,6) управляющее воздействие У формируется в зависимости от величины возмущаю­щего воздействия Хвх. Такую систему можно использовать только в том случае, когда известны и контролируются все возмущающие воз­действия, а также известны свойства объекта управления. При на­личии неконтролируемых возмущений (помех) САУ по возмущению оказывается не в состоянии исправить возникающие при этом ошиб­ки управления, так как она не контролирует изменение выходной величины Xвых.

Замкнутыми называют системы автоматического управления, в которых имеется обратная связь, обеспечивающая контроль вы­ходной величины (рис. 11.3,а).

При этом управляющее устройство формирует управляющее воз­действие У в зависимости от отклонения выходной величины Хвых

от задания 3. Такие системы называются замкнутыми САУ по откло­нению или системами автоматического регулирования.

Иногда для повышения точности систем автоматического управ­ления применяют комбинированные системы, сочетающие принципы управления по отклонению и по возмущению (рис. 11.3,б).

При этом управляющее устройство формирует управляющее воз­действие У в зависимости от нагрузки Хвх (Н) и корректирует его при отклонении выходной величины левых под действием неконтроли­руемых возмущений.