Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Методические указания к лабораторным работам для студентов по по направлению подготовки 15.04.04 – Автоматизация технологических процессов и производств
Воронеж 2015
2
УДК
Грибанов, А. А. Адаптивные системы управления технологическими процессами [Текст]: методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 15.04.04 – Автоматизация технологических процессов и производств / А. А. Грибанов; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2015. – 38 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»
Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО Воронежский ГАУ д-р техн. наук, проф. Д.Н. Афоничев
Научный редактор д-р техн. наук
3
Лабораторная работа № 1 Составление функциональных схем систем автоматического управления
Цель работы: изучение принципов построения системы автоматического управления.
Работа любого технического устройства характеризуется одной или несколь-
кими физическими показателями (параметрами, выходными сигналами, регулируе-
мыми величинами). Например, работа генератора характеризуется величиной на-
пряжения и частотой тока, работа двигателя – угловой частотой вращения ротора;
паровой котел – давлением пара, резервуар – уровнем жидкости.
При решении производственных задач возникает необходимость стабилизи-
ровать данную физическую величину в техническом устройстве или, согласно тех-
нологическим требованиям, должным образом изменить ее значение (регулировать).
Главной причиной незапланированного изменения регулируемой величины является изменение нагрузки и других возмущающих воздействий. Поэтому задача уменьше-
ния отклонения регулируемой величины от заданной является основной задачей системы автоматического управления (САУ).
Для решения этой задачи необходимо провести анализ работы САУ и опреде-
лить какой элемент САУ на какой показатель качества управления и каким образом влияет. Для этого по заданной принципиальной схеме определяются функциональ-
ные элементы системы управления, которые показывают назначение каждого эле-
мента в процессе управления и составляется функциональная схема.
Автоматическим называется управление техническим процессом без участия
человека.
Автоматическим регулятором называется регулирующее устройство, осу-
ществляющее управление объектом регулирования согласно заданному алгоритму.
Алгоритм управления – это правило выработки управляющего воздействия для решения поставленной задачи.
Система автоматического управления (САУ) – это взаимодействующий с объектом управления автоматический регулятор, в котором преобразование и пере-
4
дача информации, формирование управляющих команд и их реализация осуществ-
ляется автоматически, согласно, заданного алгоритма управления.
Для анализа САУ используются принципиальная схема и функциональная схема.
Принципиальная схема показывает физическую природу элементов автома-
тики, технические характеристики, принцип действия и взаимодействие между ни-
ми.
Элементом автоматики называется часть системы, в которой происходит ка-
чественное или количественное преобразование физической величины и передачи ее к последующему элементу.
На принципиальной схеме все элементы и связи между ними изображаются в виде условного графического обозначения. Это позволяет изготовить автоматиче-
скую систему или произвести ее ремонт.
Функциональная схема состоит из функциональных элементов, которые по-
казывают их функциональное назначение при автоматическом управлении техноло-
гическим процессом и связь между ними.
Функциональный элемент – это условно выделенная часть САУ, выпол-
няющая определенную функцию по реализации заданного алгоритма управления.
На функциональной схеме все элементы (кроме сравнивающего устройства)
изображаются в виде прямоугольников с указанием их функционального назначе-
ния. Сравнивающее устройство изображается в виде окружности с крестиком внут-
ри. Связь между элементами изображается сплошными линиями со стрелками, по-
казывающие направление прохождения управляющих сигналов.
Классификация функциональных элементов
Объект управления (регулирования) (ОР) – машины, аппараты или другие уст-
ройства, требуемый режим которых поддерживается регулятором путем управления
(регулирования) заданных величин.
Исполнительное устройство (ИУ) – функциональный элемент, осуществляющий выработку управляющих сигналов согласно алгоритма управления и непосредст-
5
венно воздействующих на объект управления для изменения режима его работы.
Усилитель (У) – функциональный элемент, в котором, не изменяя физическую при-
роду входного сигнала, осуществляется увеличение его мощности за счет энергии вспомогательного источника питания.
Преобразующее устройство (ПУ) – функциональный элемент, принимаемый для преобразования управляющего сигнала с целью изменения закона управления. Уси-
лительное и преобразующее устройства могут быть объединены в один функцио-
нальный блок: усилительно преобразующее устройство.
Датчик (Д) – функциональный элемент, измеряющий и преобразующий информа-
цию о физической величине (показателю работы) в сигнал, удобный для обработки и использования в системе управления.
Корректирующее устройство (КУ) – функциональный элемент, служащий для по-
вышения устойчивости САУ и улучшения ее динамических характеристик.
Задающее устройство (ЗУ) – функциональный элемент, служащий для формирова-
ния сигнала, согласно заданному значению регулируемой величины.
Сравнивающее устройство – это функциональный элемент, осуществляющий ал-
гебраическую операцию по отношению к воздействиям, поступающим на его вход
(например, операции сложения или вычитания поступающих сигналов).
Классификация сигналов, действующих в САУ
Регулируемая величина X(t) – это показатель, характеризующий состояние объек-
та управления. Например, температура, уровень, давление и т.д.
Возмущающее воздействие (помехи) f(t) – это воздействие, нарушающее требуе-
мую функциональную зависимость (связь) между задающим воздействием и регу-
лируемой величиной.
Управляющее воздействие Q(t) – это воздействие, поступающее с исполнительно-
го устройства на объект управления для управления регулируемой величиной.
Задающее воздействие U(t) – это величина, соответствующая заданному (предпи-
санному) значению регулируемой величине.
Различают следующие значения регулируемой величины.