Y(t) – управляющее воздействие

Управляющее воздействие вырабатывается в управляющем устройстве в соответствии с алгоритмом управления в зависимости от истинного и предписанного значений управляемой величины.

x_к(t) = x(t) – контрольное воздействие – информация об истинном значении управляемой величины.

x_з(t) – задающее воздействие – предписанное (желаемое) значение управляемой величины.

Воздействия z(t) и x_з(t) являются внешними для рассматриваемой системы, а воздействия x_к(t) и y(t) – внутренними. Передача внешних и внутренних воздействий происходит через элементы АСУ, которые в совокупности образуют несколько цепей воздействий. На рисунке 3 можно указать, например, цепи воздействий от величины x_з(t) к величине y(t) и далее к x(t), от z_о(t) к x(t).

Значение управляемой величины, которое следует поддерживать в данный момент времени для правильного протекания техпроцесса, называют предписанным (заданным) значением, а фактическое, т.е. измеряемое значение действительным (текущим). Разницу между заданным и действительными значениями называют рассогласованием.

Сигналы – это совокупность потоков энергии или вещества, поступающих в объект управления или выходящих из него, возмущающие и управляющие воздействия, а также регулируемые параметрами.

По направлению различают входные и выходные сигналы объекта управления. Так возмущающие и управляющие воздействия будут входными сигналами для ОУ; регулируемый параметр всегда принимают за выходной сигнал объекта управления, даже если он физически не выходит за пределы объекта (например температура в топке котла, уровень вещества в бункере, напряжение на обмотках электродвигателя)

Технологические параметры – это физико-химические величины, характеризующие состояние технологического процесса в объекте управления (например, температура, давление, скорость вращения и др.)

Регулируемый параметр – это технологический параметр, значением которого управляют с помощью специальных технических средств. Число регулируемых параметров, как правило, значительно меньше общего числа технологических параметров.

2. Автоматизация является одним из главных направлений научно-технического прогресса и важным средством повышения эффективности производства. Современное промышленное производство характеризуется ростом масштабов и усложнением технологических процессов, увеличением единичной мощности отдельных агрегатов и установок, применением интенсивных, высокоскоростных режимов, близких к критическим, повышением требований к качеству продукции, безопасности персонала, сохранности оборудования и окружающей среды. Экономичное, надежное и безопасное функционирование сложных технических объектов может быть обеспечено с помощью лишь самых совершенных технических средств, разработка, изготовление, монтаж, наладка и эксплуатация которых немыслимы без знания ТАУ.

Современными тенденциями в автоматизации производства являются:

- широкое применение ЭВМ для управления;

- создание машин и оборудования со встроенными микропроцессорными средствами измерения, контроля и регулирования;

- переход на децентрализованные (распределенные) структуры управления с микроЭВМ;

- внедрение человеко-машинных систем;

- использование высоконадежных технических средств;

- автоматизированное проектирование систем управления.

 

3. Рассмотрим в качестве примера системы автоматического управления технологический процесс – регулирование температуры в электропечи для закаливания металла. Для реализации этого процесса электропечь снабжается управляющим (или регулирующим) органом, с помощью которого можно управлять процессом закаливания – изменять температуру в соответствии с заданным законом.

Представим данный процесс с помощью функциональной схемы (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Функциональная схема технологического процесса закаливания металла в электропечи

Данная система поддерживает необходимый режим, т.е. изменение температуры y(t) в электропечи по заданному закону. Для обеспечения требуемого процесса электропечь снабжается двумя элементами: термопарой, с выхода которой получают электрической напряжение x(t), пропорциональное температуре в электропечи, и реостатом, с помощью которого меняется сопротивление в цепи ее нагрева.

Предусмотрен прибор, на котором фиксируется реальная температура в электропечи. Отклонение реальной температуры от заданной не должно превышать допустимого значения ε (t). В системе имеется обратная связь.

При автоматическом управлении процессом воздействие u(t) на управляемый орган (реостат) осуществляет специальное управляющее устройство. Поскольку с выхода термопары получают сигнал очень небольшой мощности, в схему вводят промежуточное звено – усилитель мощности.

Сигнал y(t) (заданной температуры в печи) называют управляющим, сигнал x(t) (реальной температуры) – управляемой переменной, а систему, реализующую процесс закаливания – системой автоматического управления.

Еще одним примером является САУ, предназначенная для регулирования уровня жидкости в парогенераторах и конденсаторах. Принципиальная схема такой системы представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Принципиальная схема автоматического регулирования уровня жидкости

Уровень жидкости h(t) завит от разности двух величин: ее притока G_п и расхода G_р. Если G_п> G_р, уровень растет, и наоборот, при G_п < G_р уровень уменьшается. Приток G_п можно изменять посредством регулирующего клапана (РК), который управляется электроприводом (П). Сигнал, соответствующий действительному уровню h(t), измеряется уровнемером (УМ) и сравнивается с заданным уровнем h_з.

В зависимости от значения и знака сигнала рассогласования ε (t) регулятор посредством электропривода увеличивает (при ε > 0) или уменьшает (при ε < 0) приток жидкости G_п, поддерживая равенство между G_п и G_р при заданном уровне h_{з .} Изменение расхода G_р нарушает баланс в схеме, т.е. G_р является возмущающим сигналом.

Для повышения точности регулирования наряду с сигналом ε (t) используется сигнал G_п, который обеспечивает местную ОС, или так называемое комбинированное регулирование.

Выходной сигнал некоторых расходомеров (РМ) пропорционален квадрату расхода жидкости, поэтому цепи измерения их расходов содержат блоки извлечения корня (БИК).

Можно записать: сигнал на выходе системы (заданное воздействие) y(t)= h_з; сигнал на выходе системы (уровень жидкости) x(t) = h(t); сигнал возмущения (расхода жидкости) u(t)= G_р(t).