Регулирование по разомкнутому и замкнутому циклам в системах управления и автоматики

Системы автоматического регулирования

Все рисунки, за исключением рис.102, выполнены автором.

Системы автоматического регулирования (САР) применяются для регулирования отдельных параметров (температура, давление, уровень, расход и т.д.) в объекте управления. В современных системах автоматического управления (САУ) системы автоматического регулирования являются подсистемами САУ и их применяют для регулирования различных параметров при управлении объектом или процессом.

Принцип действия всякой системы автоматического регулирования (САР) заключается в том, чтобы обнаруживать отклонения регулируемых величин, характеризующих работу объекта или протекание процесса от требуемого режима и при этом воздействовать на объект или процесс так, чтобы устранять эти отклонения.

Для осуществления автоматического регулирования к регулируемому объекту подключается автоматический регулятор, вырабатывающий управляющее воздействие на регулирующий орган.

Регулируемый объект и автоматический регулятор вместе образуют систему автоматического регулирования.

Основным признаком САР, является наличие главной обратной связи, по которой регулятор контролирует значение регулируемого параметра.

Пример системы регулирования температуры

На Рис. 87 показана блок схема системы регулирования температуры в объекте, а на Рис. 88 функциональная схема САР, показывающая общий принцип работы любой системы автоматического регулирования.

Если температура в объекте равна заданной, то сигнал с датчика X1 равен сигналу с задатчика X0 и сигнал ошибки на входе регулятора е = X1 — X0 = 0, сигнала на выходе регулятора нет, ИМ не работает и клапан открыт на заданную величину, поддерживая заданную температуру. Если, например, температура в объекте увеличиться, увеличиться сигнал с датчика X1, возникнет ошибка «е», заработает ИМ и, прикроет клапан РО для уменьшения подачи тепла, температура в объекте уменьшится до заданной.

Рис. 88 Функциональная схема САР
З – задатчик, для установки заданного значения параметра X0
Д – датчик (термопара, терморезистор, датчик уровня, скорости и др. для разных систем)
Р – регулятор

ИМ – исполнительный механизм (эл. мотор с редуктором, пневмоцилиндры и др.)

РО – регулирующий орган (кран, вентиль, заслонка и др.)

О – объект регулирования (печь, эл. мотор, резервуар и др.)

У – регулирующее (управляющее) воздействие
Z – помеха (возмущение)
Х – регулируемый параметр
X1– сигнал на выходе датчика
е = X1- X0 ошибка, возникает при отклонении параметра от задания
X0 – заданное значение регулируемого (управляемого) параметра может быть постоянным X0 или изменяемым (Ut).
Сигнал с задатчика может быть:

-постоянным X0 = const. для поддержание постоянства регулируемого параметра температуры, давления, уровня жидкости и т. д. (системы стабилизации);

-может изменяться во времени U(t) по определённой программе (программное регулирование);

-может изменяться во времени U(t) в соответствии с измеряемым внешним процессом (следящее регулирование).

Системы автоматического регулирования и управления

При изучении данной темы особое внимание следует обратить на
— состав системы автоматического управления (объект управления и устройство управления) и такие понятия как задающее, возмущающее и управляющее воздействия;
— принципы управления по задающему воздействию, по отклонению и по возмущающему воздействию; (управление по отклонению возможно при наличии главной отрицательной обратной связи);
— линейные законы управления (пропорциональный, интегральный и дифференциальный)

Тест 1 Файл

При изучении данной темы особое внимание следует обратить на формы записи дифференциальных уравнений
– общую форму записи ,
– стандартную форму записи,
– форму записи в виде передаточных функций.

Тест 2 Файл

Для успешного освоения данной темы необходимо изучить
— частотные характеристики (амплитудно-фазовая частотная характеристика, амплитудно-частотная характеристика, фазо-частотная характеристика, логарифмические частотные характеристики)
— временные характеристики (типовые входные воздействия, переходная характеристика, импульсная переходная характеристика).

Тест 3 Файл

Для успешного освоения данной темы необходимо изучить временные и частотные характеристики типовых динамических звеньев, к которым относятся:

— безынерционное звено,
— интегрирующее звено,
— апериодическое звено первого порядка (инерционное звено),
— колебательное звено,
— апериодическое звено второго порядка,
— консервативное звено,
— дифференцирующее звено,
— форсирующее звено первого порядка,
— форсирующее звено второго порядка,
— звено запаздывания.

Тест 4 Файл

Для успешного освоения данной темы необходимо изучить

— основные сведения о математическом аппарате теории линейных дискретных стационарных систем (решетчатые функции, разностные уравнения, дискретное преобразование Лапласа и z – преобразование);

— структурно-динамическую схему и дискретные передаточные функции цифровой САУ;
— необходимое и достаточное условие устойчивости дискретной САУ;
— особенности анализа устойчивости линейных дискретных стационарных систем;
— особенности анализа качества линейных дискретных стационарных систем.

Основная литература — Кудинов Ю.И. Теория автоматического управления (с использованием MATLAB — SIMULINK) : учебное пособие / Ю. И

Кудинов, Ф. Ф. Пащенко. — 2-е изд., испр. и доп. — Электрон. текстовые дан. — СПб. : Лань, 2018. — 312 с. Режим доступаe.lanbook.com —       Коновалов Б. И., Лебедев Ю. М. Теория автоматического управления : учебное пособие. 4-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2016. 224 с. Режим доступа e.lanbook.com. —       Герман-Галкин С. Г. Виртуальные лаборатории полупроводниковых систем в среде Matlab Simulink : учебник.— СПб.: Издательство Лань», 2013.– 448с. Режим доступа e.lanbook.com. Дополнительная литература —         Системы автоматического регулирования и управления : Ч. 1. Практикум/ Сост.: В.М. Бутаков, П.П. Павлов. − КГЭУ, 2017. – 27 с. – Режим доступа: http // lib.kgeu.ru —         Погодицкий О.В., Малёв Н.А. Теория автоматического управления: Учеб.пособие. – Казань: КГЭУ, 2010. – 268 с. —         Погодицкий О.В. Цифровые системы управления. Учебное пособие – Казань: КГЭУ, 2008.-188с. —         Погодицкнй О.В., Малев Н.А., Ахунов Д.Д., Цветков А.Н. Расчёт и моделирование электроприводов с регуляторами различной конфигурации: лабораторный практикум. Казань: КГЭУ, 2015. – 156 с.
Электронно-библиотечные системы
ЭБС «Лань»
Программное обеспечение дисциплины (модуля)
—       MatLab
—       Microsoft PowerPoint
Интернет-ресурсы
—         ДК, размещенные в LMS Moodle