Важнейшие свойства систем управления и их общая классификация

При обобщенном подходе любая система управления содержит два основных звена (элемента):

а) Технологический объект управления (ТОУ);

б) Средство управления (СУ).

Под технологическим объектом управления (или, просто объектом) подразумевают любой агрегат или совершающийся в нём технологический процесс. С точки зрения решения задач автоматизации, объект воспринимается как некоторая данность, определяемая спецификой производства. В свою очередь, средство управления или некоторый комплекс таких средств общепромышленного или специального назначения в системе автоматического управления (CАУ) призвано этот процесс осуществлять без непосредственного участия человека. Функции человека при этом сводятся к контролю за работой автоматических устройств, их наладке и настройке на требуемый процесс управления.

Рис. 1. Разомкнутая (а) и замкнутая (б) системы управления

Общая классификация САУ может быть произведена по ряду признаков:

1). По способу соединения средства управления и объекта различают системы разомкнутые и замкнутые. В разомкнутой САУ (рис.1, а) средство управления (СУ) воздействует на объект (ТОУ) без учета состояния последнего. Такие системы применяются для выполнения простых функций, таких как пуск, остановка или реверсирование оборудования через заданные интервалы времени (управление по времени с помощью реле времени, или таймера) или – выполнение технологических операций в заданной их последовательности (программно-логическое управление с применением конечных выключателей или путевых переключателей, релейных схем, в том числе построенных на бесконтактных логических элементах ).

Более сложными, но и более совершенными оказываются замкнутые системы (рис.1,б). Здесь в процессе работы средства управления (СУ) учитывается фактическое состояние объекта (ТОУ), и на этой основе вырабатываются необходимое воздействия на объект.

Информация о состоянии объекта поступает по каналу обратной связи, обычно реализуемой через контрольно-измерительные приборы. В свою очередь, управляющие воздействия передаются по каналу прямой связи с использованием различных исполнительных устройств.

2). По виду вспомогательной энергии, расходуемой на процесс управления, САУ подразделяются на электрические (в том числе, - электронные), гидравлические, пневматические и комбинированные.

3). По характеру передачи воздействий между звеньями встречаются системы непрерывного и периодического действия. Если воздействия передаются через заранее заданные интервалы времени, то системы называют импульсными.

Функциональная блок-схема САР

Варианты построения системы авторегулирования (рис.2, а и б) различаются ролью в ней вторичного измерительного прибора.

В первом варианте (рис.2, а) этот прибор служит передаточным звеном в цепи обратной связи, а во втором (рис.2, б) – вынесен из замкнутого контура воздействий и сохраняет лишь контрольные функции. Как следует из ранее рассмотренного рис. 1, здесь состав звеньев САР проработан более детально (табл.1.) – путь от простого к более сложному в процессе обучения.

На рис. 2, приняты следующие обозначения:

x_Р – вход регулятора;

y_Р – выход регулятора;

x₀ – управляемый вход объекта;

z – возмущение.

Под возмущением понимают любой фактор, воздействующий на объект извне (независимо от данной системы) и вызывающий отклонение выхода объекта от его заданного значения.

Промышленные образцы автоматических регуляторов обычно содержат в одном блоке элемент сравнения и усилитель. Элемент сравнения выявляет сигнал рассогласования заданного y_оз и фактического y_о значений выхода объекта. Этот сигнал служит входом регулятора

x_Р = y_0З – y₀ . (1)

Рис.2. Функциональная блок – схема САР

Сигнал x_Р усиливается с помощью усилителя до уровня, необходимого для приведения в действие исполнительного механизма. Последний осуществляет перемещение регулирующего органа для непосредственного воздействия на объект.

Для лучшего понимания изложенного рассмотрим следующий, достаточно наглядный пример. Пусть объектом является некоторая металлургическая печь, отапливаемая газообразным топливом, предназначенная для нагрева или плавления металла. Выход такого объекта y₀ температура в рабочем пространстве печи.

Вообще этот выход зависит от расхода топлива, являющегося входом объекта x₀.

Однако в процессе работы печи практически неизбежны техно-логические возмущения z в виде загрузки в печь свежих – холодных

Таблица 1