Лекция 7

X

1

X01

X0

2 τ ,с

 

Рис. 6.7. Графики переходных процессов в статической системе:

1 - переходный процесс в статической системе при изменении заданного значения регулируемой величины с Х₀ до Х₀₁;

2 – при прочих возмущениях и сохранении заданного значения Х₀

IV) По числу регулируемых величин системы бывают:

а) одномерные;

б) многомерные.

К одномерным системамотносятся простейшие системы с одной регулируемой величиной, например в электрической нагревательной печи с неконтролируемой системой имеется одна регулируемая величина – температура. Большинство систем относится к многомерным, т.к. они имеют множество регулируемых величин. В некоторых многомерных системах можно выделить несколько каналов регулирования, в которых каждая регулируемая величина определяется своим регулирующим воздействием и канал имеет свой регулирующий орган. Положение его практически не оказывает влияния на другие регулируемые величины, в этом случае объект как бы распадается на несколько одномерных объектов со своими одномерными системами регулирования, такие системы являются автономными по задающим и регулирующим воздействиям.

Вместе с тем многомерные системы характеризуются наличием связей между регулируемыми величинами, такие системы называются многосвязными. Связи между регулируемыми величинами могут быть двух родов:

1) Внутренние - обусловленные физическими свойствами объектов (если, например, в печи регулируется температура свода, содержания кислорода в продуктах сгорания и давление в рабочем пространстве, то изменение расхода топлива, предназначенного для управления температурой свода, будет оказывать влияние и на содержание кислорода в продуктах сгорания и на давление в рабочем пространстве).

2) Внешние связи - т.е. накладываемые на систему по условиям ее функционирования или на основе требований технологического процесса, например, при автоматическом составлении шихты агломерационного процесса, задание регулятором количества отдельных компонентов устанавливается в зависимости от потребного суммарного количества шихты.

 

V) По характеру изменения регулирующих воздействий во времени:

а) непрерывные системы;

б) дискретные системы.

В непрерывных системахинформация об их работе и регулирующие воздействия являются непрерывными функциями времени, т.е. в каждом элементе системы при наличии непрерывного изменения входной величины также непрерывными являются и выходные величины.

В дискретных системах информация и регулирующие воздействия появляются только в определенные моменты времени. Дискретные системы делятся на три класса:

1)Релейные системы;

2) Импульсные системы;

3) Цифровые системы.

В релейных системах один из элементов (обычно регулятор) имеет релейную характеристику (рис. 6.8).

 

Хвых

 

А Хвх

 

 

Рис. 6.8. Статическая характеристика релейного регулятора.

В релейной системе выходная величина Хвых изменяется скачкообразно на величину А при определенном значении входной величины Хвх. В релейных системах происходит квантование выходной величины Хвых по уровню.

В импульсных системах существует хотя бы один элемент с импульсной характеристикой: при непрерывном изменении входной величины, выходная величина появляется только в определенные, дискретные моменты времени. Импульсные системы осуществляют квантование выходной величины Хвых по времени. Обычно импульсным элементом является регулятор (рис. 6.9).

 

ИМ

ИЭ

ε(τ) Хвых(τ) Y (τ)

 

Рис 6.9. Структурная схема импульсного регулятора.

 

Регулятор состоит из импульсного элемента (ИЭ) и исполнительного механизма (ИМ), формирующего управляющие воздействия Y(τ), в определённые моменты времени. На выходе импульсного элемента формируются импульсы Х_вых(τ), параметры которых зависят от входной величины ε(τ), причем импульсные элементы могут осуществлять амплитудную и широтную модуляцию.

 

Рис 6.10. Графики:

а) изменения во времени отклонения регулируемой величины от заданного значения ε(τ);

б) формирования во времени импульсов х_вых.и (τ);

в) работы исполнительного механизма импульсного регулятора, осуществляющего амплитудную модуляцию Y (τ).

Рассмотрим работу импульсного элемента первого вида (рис. 6.10). Импульсы формируются через одинаковые промежутки времени Ти, называемые периодом импульса и имеют одинаковую продолжительность τ_и - время импульса. Высота или амплитуда импульса пропорциональна входной величине - ошибке регулирования ε(τ) [6.1].

Элементы такого вида обеспечивают амплитудную модуляцию импульсов:

 

, [6.1]

где К_и – импульсный коэффициент усиления:

График работы ИМ (рис.6.10) показывает, что механизм включается при поступлении на него импульса и работает в течение времени импульса τu, после чего останавливается. Скорость выходного вала исполнительного механизма пропорциональна высоте импульса т.е. входной величине ε(τ) в момент начала импульса.

Рассмотрим работу импульсного элемента второго вида (рис 6.11).

Рис 6.11. Графики:

а) изменения во времени отклонения регулируемой величины от заданного значения ε(τ);

б) формирования во времени импульсов х_вых.и (τ);

в) работы исполнительного механизма импульсного регулятора, осуществляющего широтную модуляцию Y (τ).

 

Этот импульсный элемент обеспечивает широтную модуляцию импульсов:

, [6.2]

где К_и – импульсный коэффициент усиления.

Высота импульса х_вых.и одинакова, а время импульса [6.2] пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения ε(τ). В регуляторе скорость выходного вала исполнительного механизма постоянна, а время включения равно времени импульса τ_и.

К дискретным системам относятся и цифровые системы, использующие в своем составе различные цифровые устройства: ЭВМ, цифровые измерительные приборы, микропроцессорные регуляторы.

В цифровых системах осуществляется квантование величин и по уровню и по времени, т.е. они являются релейно-импульсными. Цифровые системы обладают высоким быстродействием, имеют малый интервал квантования по времени и по результатам своей работы близки к непрерывным системам.

 

 

VI) По виду энергии применяемой для работы:

а) прямого действия;

б) косвенного действия.

В системах прямого действия для перемещения регулирующего органа применяется внутренняя энергия системы, например, энергия чувствительного элемента.

В системах косвенного действия для работы используется внешняя энергия.

В зависимости от вида используемой внешней энергии, системы косвенного действия делятся на:

1) электрические;

2) пневматические;

3) гидравлические;

4) комбинированные.

 

 

Методы получения информации о параметрах технологических процессов и технические средства АСУ ТП