Вхідними називаються величини, зміна яких прива-дит до зміни вихідних величин - студопедія
Узагальнена функціональна схема системи автоматичного управління
Загальні принципи побудови систем автоматичного УПРАВЛІННЯ
Оцінювання параметрів випадкових процесів.
Квантиль xp випадкової величини, що має функції розподілу F (x) = P.
Медианой називається квантиль, відповідний значенням P = 0.5.
В основі принципу дії систем управління лежить вза-імодействіе об'єкта і керуючого пристрою. В не автомати-чеських системах функцію керуючого пристрою бере на себе оператор. Взаємодія оператора і об'єкта підпорядковані визна-ленній мети, як правило, підтриманню сталості або зраді-ня за певним законом параметра, що характеризує відбутися у-яние об'єкта (рис. 1.1).
Мал. 1.1. Структура взаємодії оператора та об'єкта
Так якщо в якості об'єкта управління (ОУ) обрана тепло-вая камера, то її стан (стан середовища в ній) характеризується таким параметром як температура. Завдання, мета оператора - підтр-ржівать її постійної, наприклад, 200 градусів. Оператор скоєно-ет ряд послідовно фіксованих у часі і в визначений-ної послідовності операцій, які дозволяють здійснити мета управління. Ці операції необхідні, а їх набір представ-ляет собою то мінімальна кількість функцій управління, без яких процес управління неможливий. Можна виділити сліду-ющий набір елементарних операцій управління:
1. Вимірювання, контроль, фіксування значення вихідного параметра об'єкта, що характеризує його стан (температура, тиск, маса, продуктивність і т.д.) (ФМ);
2. Порівняння поточного значення параметра з заданим, визна-ділячи необхідне обраний-ве стан об'єкта (ФС);
3. Отримання і оцінка
сигналу помилки, неузгодженості # 8710; між поточним і заданим зна-ченням керованого параметра (ФО);
4. Вибір направленіявоз-дії на вхідні параметри об'єкта, що змінюють режим його функціонування з тим, щоб повернути вихідний параметр об'ектак заданого стану, а помилку неузгодженості зробити рав-ної нулю.
Необхідно звернути увагу на природність вибору та-кого набору операцій управління, якщо проаналізувати наші еже-денні дії в ролі оператора по досягненню елементарних цілей. Наприклад, операція підтримання сталості температури ряду побутових нагрівальних приладів реалізуються практично інтуїтивно, автоматично на рівні підсвідомості. Це операції визначення поточного значення температури, порівняння його з необ-ходимо, тобто заданої t ', визначення відхилення між ними з урахуванням знака і відповідно з цим збільшення чи зменшення-ня витрати енергії, яка подається в об'єкт.
Стандартний набір операцій з управління лежить в осно-ве ідеології і методів проектування систем автоматичного управління (САУ). Очевидно, для того, щоб перейти від неав-томатически до автоматичної системи управління, необхідно стандартний набір операцій, функцій управління реалізувати за допомогою технічних пристроїв. Таким чином, будь-яка система автоматичного регулювання будується за універсальним при-нціпу, включаючи в себе, як правило, стандартний набір функцио-нальних елементів.
Функціональна схема САУ дана на (рис. 1.2). вона фіксує
Мал. 1.2. Функціональна схема САУ
Так функція вимірювання і контролю поточного значення ви-перехідного параметра об'єкта реа-лизуется стандартним набором датчиків, функція порівняння поточних і заданого значень керованого параметра може бути, наприклад, реалізована за допомогою електронного підсилювача з прямим і інверсним входами. На виході підсилювача получа-ється різницевий сигнал помилки.
Найбільш складна для реалізації функція 4, яка в свою чергу розпадається на ряд ще більш елементарних функцій: усі-лення сигналу помилки (ФУ), реалізації силового впливу зі зміни вхідної величини об'єкта (ФСБ), зміни вхідної величини (ФВВ). Функція 4 виконується набором технічних пристроїв: підсилювач (У), виконавчий механізм (ІМ), регу-лірующій орган (РО) (рис. 1.3).
Вибір знака помилки, сигналу неузгодженості, пов'язаний з про-тівофазним зміною керованої і керуючої величин, тобто якщо Ху збільшується, то керуюча Хвх величина повинна про-порційно зменшитися і навпаки. Так, якщо необхідно ста-білізіровать температуру t ° в тепловому об'єкті, наприклад в нагре-вательной печі, то алгоритм управління очевидний: якщо V більше заданої £ з, то витрата палива Q треба зменшувати і навпаки.
У технічній системі управління автоматизм виконання цієї умови забезпечується наступним чином. якщо помилку # 8710; вибрати як результат різниці ХЗ і Xвих, то її знак буде автомати-но визначати напрямок зміни Ху. # 8710; = Xз - Xвих.
то # 8710;> 0 (і Хвх треба збільшувати).
отриманий знак # 8710; умовний і дає тільки інформацію про те, в якому напрямку необхідно змінювати XВХ, При технічній реа-лізації системи має бути забезпечено виконання цієї умови,
Так в наведеному прикладі, якщо поточне значення tу більше tЗ і # 8710; = TЗ -tУ <0. то подключение силового механизма, например элек-тродвигателя к усилителю сигнала ошибки ∆, должно обеспечить
Мал. 1.3. Функціональна схема реалізацій четвертої елементарної функції управління
таке переміщення регулюючого органу при якому витрата топ-лива Q зменшується і навпаки, якщо tY менше t3. то # 8710;> 0 і двигун повинен змінити напрямок обертання в бік збільшення Q.
В системі діє негативний зворотний зв'язок. Помилка # 8710; є рушійним сигналом системи. Її виникнення пускає в хід всі елементи системи, примушуючи змінюватися керовану величину до тих пір поки вона не зрівняється із заданою. поява помилки # 8710; призводить в процесі управління до її самокомпенсации.
При побудові САУ необхідно відштовхуватися від поня-ку процесу, що відбувається в об'єкті управління (технічний пристрій або фізичне середовище, в яких відбувається процес підлягає управлінню). Процес, як правило, пов'язаний з перетворень-ням потоку енергії або матеріального потоку в силове віз-дію, витрата, температуру і т.д.
Існує основна характеристика об'єкта, що дозволяє його оцінювати і називаемаяуправляемим параметром XВИХ процес-са. його стан можна міняти за допомогою параметра на вході об'єк-єкта, який називаетсяуправляющім XВХ .. Існують і інші вхідні параметри, що змінюють стан процесу. Але, якщо не ставиться за мету змінити стан об'єкта з їх допомогою, то називаються вають возмущающими впливами f.
Стан об'єкта може характеризуватися цілої сукупність-ністю вхідних і вихідних змінних. Так в дизелі (тепловий двигун) (ТД) процес, який підлягає управлінню, зводиться до пре-утворення потоку енергії від палива, що згорає в фізичні величини іншого роду (рис. 1.4).
Мал. 1.4. Вхідні і вихідні
величини теплового двигуна
Причому в якості набору вихідних параметрів можна рас-сматривать: МДК - рушійний момент, N - потужність на валу двигуна, зі - кутові обертів двигуна, а - кут повороту вала ТД, а в якості вхідних змінних - G - витрата палива, q - зміна октанового числа палива, Мn - момент навантаження.
Однак, як правило, про-процес в об'єкті може бути оха-рактерізован досить повно парою змінних на вході і виході, пов'язаних між собою. Вибір цієї пари визначається т акже метою управління, яка може формуватися виходячи із загальної технологічної задачі, виконуваної системою управління.
Вихідні величини є реакція на зміну вхідних. Не завжди стан об'єкта може бути охарактеризоване інтересу-ющим нас параметром. Так, при пропарюванні залізобетонних виробів мета управління - отримання виробів певної про-чності. Однак, виміряти цей параметр для всіх виробів в процес-се теплової обробки практично неможливо. Тому вибираючи-ється непрямий параметр - температура, який взаємопов'язаний з міцністю. Для дизеля, якщо бажано підтримку моменту М постійним, можна замість цього параметра використовувати кутові обертів, стабілізація яких гарантує сталість мощнос-ти і моменту. Це непрямі змінні управління.
Таким чином, основу принципу дії САУ складають два найважливіших поняття: узагальнена функціональна структура з обов'язковим мінімально необхідним набором елементарних функцій і негативний зворотний зв'язок, що забезпечує само-компенсацію помилки управління.
Технічна структура системи у вигляді принципової схе-ми відображає її функціональну структуру, реалізуючи її відділень-Патерналізм функції управління у вигляді фізичних елементів.