Методы настройки замкнутых систем регулирования
INSULATORS
Изоляторы
Изоляция, любой материал, который является плохим проводником тепла или электричества, и который используется для подавления потока тепла или электричества. Идеальный изолятор для электрических применений будет материалом, который абсолютно непроводящий; такого материала не существует. Материалы, используемые в качестве изоляторов, хотя они и проводят некоторое электричество, имеют на 2,5 ∙ 1024 больше, чем у хороших электрических проводников, таких как серебро и медь. Материалы, которые являются хорошими проводниками, имеют большое количество свободных электронов (электронов, не связанных жестко с атомами), доступных для переноса тока; у хороших изоляторов мало таких электронов. Некоторые материалы, такие как кремний и германий, которые имеют ограниченное количество свободных электронов, являются полупроводниками и составляют основной материал транзисторов.
В обычной электропроводке пластмассы обычно используются в качестве изолирующей оболочки для самого провода. Очень тонкая проволока, например, используемая для обмотки катушек и трансформаторов, может быть изолирована тонким слоем эмали. Внутренняя изоляция электрооборудования может быть изготовлена из слюды или стекловолокна с пластмассовым связующим.
Конкретный выбор изоляционного материала обычно определяется его применением. Полиэтилен и полистирол используются в высокочастотных применениях, а майлар используется для электрических конденсаторов. Изоляторы должны выбираться в соответствии с максимальной температурой. Тефлон используется в диапазоне высоких температур от 175 до 230 ° C (от 350 ° до 450 ° F). Неблагоприятные механические или химические условия могут требовать использования других материалов. Нейлон обладает отличной стойкостью к истиранию, а неопрен, силиконовый каучук, эпоксидные полиэфиры и полиуретаны могут обеспечить защиту от химических веществ и влаги.
|
|
|
Теплоизоляционные материалы используются для снижения теплового потока между горячими и холодными областями. Обшивка часто размещается вокруг труб пара и горячей воды, например, путем уменьшения тепла в окрестностях и путем установки его в стенах.
Теплоизоляция, возможно, должна выполнять одну или несколько из трех функций: уменьшить теплопроводность материала для уменьшения тепловых конвекционных токов, которые могут быть установлены в воздушном или жидком пространстве; для уменьшения радиационного теплообмена. Таким образом, тонкая алюминиевая фольга может использоваться в стенах здания и отражать металл на крышах. Бутылки Thermos или колбы Dewar обеспечивают изоляцию через эвакуированное двухстенное устройство, в котором стены имеют отражающие серебряные или алюминиевые покрытия.
|
|
|
Воздух обеспечивает сопротивление нагреву в 15 000 раз выше, чем у хорошего теплопроводника, такого как серебро, и примерно в 30 раз выше, чем у стекла. Поэтому типичные изоляционные материалы обычно изготавливают из неметаллических материалов и заполняются небольшими воздушными карманами. К ним относятся карбонат магния, пробка, войлок, ватный тампон, каменная или стекловата и диатомовая земля. Асбест когда-то использовался для изоляции, но он оказался опасным для здоровья и поэтому был запрещен в новом строительстве в США.
Instrumentation equipment
Инструментальное оборудование
Инструментарий - использование измерительных приборов для контроля и контроля процесса. Это искусство и наука измерения и контроля технологических переменных в производственной, лабораторной или производственной сфере.
Инструмент - это устройство, которое измеряет физическую величину, такую как поток, температура, уровень, расстояние, угол или давление. Инструменты могут быть такими же простыми, как термометры с прямым считыванием или могут быть сложными многопроцессорными анализаторами процессов. Инструменты часто являются частью системы управления на нефтеперерабатывающих заводах, заводах и транспортных средствах. Контроль процессов является одной из основных отраслей прикладной аппаратуры. Инструментарий также может относиться к карманным устройствам, которые измеряют некоторую желаемую переменную. В лабораториях широко используется разнообразная ручная аппаратура, но ее можно найти и в домашнем хозяйстве. Например, детектор дыма является обычным инструментом, который можно найти в большинстве западных домов.
|
|
|
Приборы, подключенные к системе управления, могут обеспечивать сигналы, используемые для работы соленоидов, клапанов, регуляторов, автоматических выключателей или реле. Эти устройства управляют желаемой выходной переменной и предоставляют либо удаленные, либо автоматизированные возможности управления. Они часто упоминаются как конечные элементы управления при дистанционном управлении или с помощью системы управления.
Передатчик - это устройство, которое производит выходной сигнал, часто в виде сигнала электрического тока 4-20 мА, хотя возможны многие другие варианты с использованием напряжения, частоты, давления, сети orb. Этот сигнал может использоваться в информационных целях или может быть отправлен в ПЛК, систему DCS, SCADA, LabVIEW или другой тип компьютеризированного контроллера, где он может быть интерпретирован в читаемые значения и использоваться для управления другими устройствами и процессами в системе ,
|
|
|
Контрольно-измерительная аппаратура играет важную роль как в сборе информации из поля, так и при изменении параметров поля, и как таковая является ключевой частью контуров управления.
Инструментальная инженерия - это инженерная специализация, ориентированная на принцип и работу измерительных приборов, которые используются при проектировании и настройке автоматизированных систем в электрических, пневматических областях и т. Д.
Conductors and Insulators
Проводники и изоляторы
Все вещества обладают некоторой способностью проводить электрический ток, однако они сильно различаются по легкости, с которой ток может проходить через них. Металлы, например, легко проводят электричество, в то время как резина не позволяет свободно течь. Таким образом, у нас есть проводники и изоляторы.
Что означают термины «проводники» и «изоляторы»? Вещества, через которые легко передается электричество, называются проводниками. Любой материал, который сильно сопротивляется потоку электрического тока, известен как изолятор.
Обратим внимание на проводимость, то есть на способность проводника передавать электрические заряды. Четыре проводимости факторов зависят от: размера используемой проволоки, ее длины и температуры, а также вида материала, который должен использоваться. Нетрудно понять, что большая водопроводная труба может пропускать больше воды, чем небольшая. Точно так же большой проводник будет переносить ток более легко, чем более тонкий.
Понятно также, что протекать через короткий проводник, конечно, легче для тока, чем через длинный, несмотря на то, что они сделаны из подобного материала. Следовательно, чем дольше провод, тем больше его сопротивление, то есть сопротивление, к прохождению тока.
Как упоминалось выше, существует большая разница в проводящей способности различных веществ. Например, почти все металлы являются хорошими проводниками электрического тока. Тем не менее, медь переносит ток более свободно, чем железо; и серебро, в свою очередь, лучше проводник, чем медь.
Вообще говоря, медь является наиболее широко используемым проводником. Вот почему электроприводные устройства в вашем доме подключены к розетке с помощью медных проводов. Действительно, если вы читаете эту книгу с помощью электрического фонаря, а кто-то вытаскивает металлическую проволоку из розетки, свет погаснет сразу. Электричество не выключено, но у него нет пути для перехода от розетки к электрической лампе. Протекающие электроны не могут проходить через пространство и попадать в электрически управляемое устройство, когда цепь нарушена. Если мы используем кусок строки вместо металлической проволоки, мы также обнаружим, что ток перестает течь.
Atomic Power Plant
Атомная электростанция
Атомные электростанции являются модемными установками. Они состоят из нескольких основных блоков и большого количества вспомогательных.
В ядерном реакторе уран используется в качестве топлива. В процессе эксплуатации производится мощное тепловое и радиоактивное излучение. Ядерный реактор охлаждается циркуляцией воды. Охлаждающая вода циркулирует через систему трубок, в которых вода нагревается до температуры 250-300 ° C. Чтобы предотвратить кипение воды, он переходит в реактор под давлением до 150 атмосфер.
Парогенератор включает в себя ряд теплообменников, содержащих трубки. Вода, нагретая в реакторе, подается в трубы теплообменника. Вода, которая должна быть преобразована в пар, течет снаружи этих трубок. Полученный пар подается в турбогенератор.
Кроме того, атомная электростанция содержит общий турбогенератор, конденсатор пара с циркулирующей водой и распределительный щит.
У атомных электростанций есть свои преимущества, а также недостатки. Реакторы и парогенераторы работают в них бесшумно; атмосфера не загрязняется пылью и дымом. Что касается потребления топлива, это не имеет особого значения, и нет проблем с транспортировкой топлива.
Недостатком электростанций, использующих ядерное топливо, является их излучение. Радиоактивное излучение, создаваемое в реакторах, опасно для персонала. Поэтому реакторы и парогенераторы установлены под землей. Они также экранированы толстыми (до 1,5 м) бетонными стенами. Все их элементы управления управляются с помощью автоматических устройств. Эти меры служат для защиты людей от радиоактивного излучения.
Elements of the Automated System
Элементы автоматизированной системы
Теперь мы используем термин «автоматизация» для конкретных методов, комбинированных для автоматической работы в полной системе. Эти методы возможны благодаря электронным устройствам, большинство из которых вступили в силу за последние тридцать лет. Они включают в себя компоненты программы, действия, восприятия или обратной связи, решения и управления как компоненты полной системы.
Элементы программы определяют, что делает система, и пошаговый способ ее работы для получения желаемого результата. Программа представляет собой пошаговую последовательность, которая разбивает задачу на отдельные ее части. Некоторые шаги в программе промышленной автоматизации направляют другие части системы, когда и как выполнять свои задания.
Элементами действия являются те, которые выполняют фактическую работу. Они могут переносить или передавать материалы в определенные места в определенное время или могут выполнять операции над материалами. Термин «устройство механической обработки» также используется для элементов действия.
Возможно, самой важной частью автоматизированной системы является восприятие или обратная связь. Сенсорные устройства автоматически проверяют детали производственного процесса, такие как толщина листа из стали или бумаги. Это называется обратной связью, потому что инструменты возвращают или обращают эту информацию в центральную систему управления.
Элемент принятия используется для сравнения того, что происходит в системе, с тем, что должно происходить. Он получает информацию от чувствительных устройств и принимает решения, необходимые для правильной работы системы. Если требуется какое-либо действие, элемент принятия решения может дать команды или команды системе.
Элемент управления состоит из устройств для выполнения команд элемента принятия решения. Может быть много видов устройств: клапаны, которые открываются или закрываются, переключатели, управляющие потоком электроэнергии, или регуляторы, которые меняют напряжение на разных машинах. Они вносят необходимые корректировки или корректировки, чтобы поддерживать систему в соответствии с ее программой.
Инженер-промышленник, работающий с автоматизированными системами, входит в состав команды. Многие компоненты системы, такие как, например, компьютеры, являются электронными устройствами, поэтому задействованы электронные инженеры и техники. Многие отрасли промышленности, в которых автоматизация оказалась особенно подходящей - химикаты, производство бумаги, обработка металлов - связаны с химическими процессами, поэтому на работе могут работать и инженеры-химики. Инженер-промышленник, обладающий опытом во всех этих областях, может стать системным инженером для проектов автоматизации, тем самым координируя деятельность всех членов команды.
Types of Current
Типы тока
Ток - это поток электричества через контур. Рассмотрим два типа тока: прямой и чередующийся. Постоянный ток (d.c.) протекает через проводящую цепь только в одном направлении. Он протекает через источник постоянного напряжения.
Переменный ток (a.c.) - это ток, который изменяет направление потока через цепь. Он течет, если к цепи подается источник переменного напряжения. Поток переменного тока протекает в циклах. Количество циклов в секунду называется частотой тока. В цепи переменного тока 60 циклов ток течет в одном направлении 60 раз и в другом направлении 60 раз в секунду.
Легко преобразовать a.c. от одного напряжения к другому с помощью трансформатора. Трансформаторы также используются для снижения напряжения в точке приема линии до низких значений, которые необходимы для использования.
При необходимости a.c. может быть изменено на d.c. но это редко необходимо.
Среди наиболее распространенных счетчиков - омметр, амперметр и вольтметр. Омметр используется для измерения значения сопротивления. Он состоит из миллиамперметра, откалиброванного для считывания в омах, аккумулятора и резисторов. Счетчик подключен параллельно, и цепь не открывается, когда измеряется ее сопротивление. Показания на шкале показывают измеренное значение.
Амперметр используется для измерения величины тока. Когда используется амперметр, цепь должна открываться в одной точке, и к ней должны быть подключены клеммы счетчика. Следует учитывать, что положительный вывод (метр лёта подключен к (положительная клемма источника (источник), отрицательная клемма - к отрицательной клемме источника. Амперметр должен быть соединен последовательно. масштаб показывает измеренное значение.
Capacitors
Конденсаторы
Конденсатор является одним из основных элементов схемы. Он используется для хранения электрической энергии. Конденсатор хранит электрическую энергию при условии, что к нему подается источник напряжения. Основными частями конденсатора являются металлические пластины и изоляторы. Функция изоляторов состоит в том, чтобы изолировать металлические пластины и таким образом предотвратить короткое замыкание.
На диаграмме можно увидеть два распространенных типа используемых в настоящее время конденсаторов: фиксированный конденсатор и переменный. Пластины фиксированного конденсатора не могут перемещаться; по его причине его емкость не меняется. Пластины переменного конденсатора перемещаются; его потенциал меняется. Чем больше расстояние между пластинами, тем меньше емкость конденсатора. Переменные конденсаторы обычно используются радиоменом; их функция заключается в изменении частоты в цепи.
Фиксированные конденсаторы используются в работе по телефону и радио. Фиксированные конденсаторы имеют изоляторы из бумаги, керамики и других материалов; переменные конденсаторы имеют воздушные изоляторы. Бумажные конденсаторы обычно используются в радио и электронике; их преимуществом является их высокая емкость: оно может превышать 1000 пикофарад.
Кроме того, сильно используются электролитные конденсаторы. Они также имеют очень высокую емкость: он варьируется от 0,5 до 2000 микрофарад. Их недостатком является то, что они меняют свою способность при изменении температуры. Они могут работать без изменений только при температурах не ниже -40 "С.
Общие проблемы в конденсаторах являются открытыми и короткими. Конденсатор перестает работать и не сохраняет энергию, если у нее есть проблемы. Конденсатор с неисправностью должен быть заменен новым. Конденсаторы широко используются в электронных схемах для блокировки постоянного тока, позволяя проходить переменный ток. В сетях аналогового фильтра они сглаживают выход источников питания. В резонансных схемах они настраивают радиостанции на определенные частоты. В системах передачи электроэнергии они стабилизируют напряжение и мощность. Свойство хранения энергии в конденсаторах использовалось как динамическая память на ранних цифровых компьютерах.
Engines
Двигатели
Двигатель вырабатывает силу, которая воздействует на заднюю часть летательного аппарата, которая «выталкивает» воздушное судно вперед. По этой причине сила, создаваемая двигателем, называется тягой. Thrust - самая важная сила, действующая на самолете, потому что, независимо от типа самолета, ВСЮ нужен какой-то тип тяги, чтобы продвинуть их вверх. Даже беспилотные летательные аппараты, такие как планеры, нуждаются в буксирном самолете, чтобы обеспечить внешнее усилие, чтобы вытащить самолет в воздух, где он может получить воздушный поток над крыльями, чтобы обеспечить необходимый подъем, чтобы оставаться в воздухе. Поворачивающие планеры используют силу ног, чтобы начать движение, прежде чем «прыгнуть» со скалы. Наиболее распространенные способы развития тяги на самолётах, поступающих с самолетов, поступают от пропеллеров или струй. Независимо от того, имеет ли самолет пропеллер, турбореактивный двигатель или турбовентилятор, все это вызывает тягу за счет ускорения массы воздуха в тылу самолета. Движение этого воздуха в тыл создает несбалансированную силу, толкающую самолет вперед.
Братья Райт собрали много важных вещей для своего исторического первого тяжелого полета. Одним из самых важных был двигатель, который эффективно производил тягу, не слишком взвешивая. Они использовали пропеллеры - единственное эффективное средство, которое можно было передать для выхода двигателя внутреннего сгорания в толчок или потянуть за самолетом. Пропеллеры - это, по существу, вращающиеся крылья, расположенные так, что лифт, который они производят, используется, чтобы тянуть или толкать самолет.
Большинство современных высокоскоростных самолетов используют совсем другой тип двигателя - реактивный двигатель. Реактивные двигатели не только отличаются от пропеллеров, но и работают совсем по-другому. Больше похожего на ракетные двигатели, струи производят тягу, сжигая пропеллент (реактивное топливо, смешанное с воздухом) и заставляя быстро расширяющиеся газы двигаться назад. Чтобы работать от нулевой воздушной скорости вверх, форсунки используют закрытые вентиляторы на вращающемся валу для сжатия входящего воздуха (и всасывают его, если самолет не идет очень быстро) и посылают его в камеру сгорания, где добавляется топливо и воспламеняется. Горящие газы продолжают вращать вал, вращая вентилятор перед выходом из двигателя.
Speed
скорость
Ускорение и замедление - это не просто изменение настройки дроссельной заслонки (изменение силы, создаваемой двигателями). Воздушная скорость также может быть изменена путем изменения сопротивления. Многие самолеты оснащены «скоростным тормозом» для этой цели большой металлической пластиной, которая может быть вытянута в поток ветра, увеличивая сопротивление паразитам и замедляя работу самолета.
Когда самолет ускоряется или замедляется, количество воздуха, проходящего через крыло, следует за костюмом. Например, чтобы поддерживать постоянную высоту по мере того, как воздушная скорость уменьшается, пилот должен компенсировать этот уменьшенный воздушный поток, изменяя AOA (оттягивая назад палку), чтобы уравнять количество подъема на вес самолета. Все это хорошо работает, пока не достигнута скорость сваливания, когда увеличение AOA встречается с уменьшением подъема, а самолет, его вес, не полностью противостоящий подъему, начинает резко терять высоту. И наоборот, увеличение воздушной скорости должно сопровождаться уменьшением AOA (перемещение палки вперед) для поддержания постоянной высоты. Поскольку воздушная скорость увеличивается или уменьшается, необходимо также изменить обрезку.
Номер Маха является самым влиятельным параметром при определении дальности для большинства самолетов с реактивным двигателем. Наиболее эффективные условия круиза происходят на большой высоте и со скоростью, которая находится чуть ниже начала трансзвукового повышения сопротивления. Перетаскивание (и, следовательно, тяга, необходимая для поддержания постоянного числа Маха) будет изменяться по мере изменения веса самолета. Угол атаки (и, следовательно, перетаскивание) самолета будет немного ниже, поскольку топливо используется, так как самолет становится легче, и для его удержания требуется меньше подъема.
Взлеты и спуски выполняются с использованием установки мощности соответственно выше или ниже, чем требуется для полета уровня. Когда самолет находится в горизонтальном полете, только уменьшение мощности начинается спуск. Вместо того, чтобы откидываться назад на ручку, чтобы поддерживать высоту, когда воздушная скорость замедляется, пилот удерживает палку нейтрально или слегка продвигает ее вперед, чтобы установить спуск. Гравитация обеспечит силу, утратившуюся при снижении мощности. Аналогичным образом, увеличение мощности приводит к подъему.
трансформатор
Трансформатор представляет собой электрическое устройство, которое передает электрическую энергию между двумя или более цепями посредством электромагнитной индукции. Переменный ток в одной катушке трансформатора создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует напряжение во второй катушке. Мощность может передаваться между двумя катушками через магнитное поле без металлического соединения между двумя цепями. Закон индукции Фарадея, открытый в 1831 году, описал этот эффект. Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения в приложениях электроэнергии.
Поскольку изобретение первого трансформатора с постоянным потенциалом в 1885 году, трансформаторы стали важными для передачи, распределения и использования электрической энергии переменного тока. Широкий спектр трансформаторных конструкций встречается в электронных и электрических приложениях. Трансформаторы имеют размеры от РЧ-трансформаторов менее кубического сантиметра по объему до единиц, соединяющих электросеть весом в сотни тонн.
Ссылаясь на две схематические модели, изображенные справа внизу, идеальным трансформатором является теоретический линейный трансформатор, который без потерь и идеально соединен. Идеальное сцепление подразумевает бесконечно высокую магнитную проницаемость и индуктивность обмотки и нулевую магнитную силу.
Переменный ток в первичной обмотке трансформатора создает переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора и изменяющееся магнитное поле, падающее на вторичную обмотку. Это переменное магнитное поле на вторичной обмотке индуцирует переменную ЭДС или напряжение во вторичной обмотке из-за электромагнитной индукции. Первичная и вторичная обмотки обернуты вокруг сердечника бесконечно большой магнитной проницаемости, так что весь магнитный поток проходит как через первичную, так и вторичную обмотки. Когда источник напряжения подключен к первичной обмотке и импедансу нагрузки, подключенному к вторичной обмотке, токи трансформатора текут в указанных направлениях.
Methods for Tuning Closed Control Systems
Методы настройки замкнутых систем регулирования
Обязательна ли численная идентификация моделей объекта для настройки действующих систем регулирования?
Для настройки регулятора в одноконтурной системе не обязательно знать численные значения параметров модели регулируемого объекта. Полезно обратить внимание на поведение опытных наладчиков систем регулирования: часто параметры настройки, близкие к оптимальным, они устанавливают на основе характера переходных процессов в системе. Никаких дополнительных возмущений при этом в систему не подаётся. Наладчик изменяет настройки регулятора, наблюдая только за регулируемой переменной и в некоторых случаях за поведением исполнительного механизма.
Таким образом, наряду с методами, использующими идентификацию моделей объекта , обычно используемыми при построении алгоритмов адаптации, можно выделить ещё одну группу методов настройки. Для расчёта параметров регулятора в этой группе не используются численные значения параметров модели объекта. В качестве исходной информации для оптимизации параметров регулятора служит характер переходного процесса в замкнутой системе регулирования, расчёт параметров модели объекта не проводится.Эта группа получила название «практические способы оптимальной настройки регуляторов». Эту группу методов будем называть в дальнейшем АЗС - методы адаптации по процессу в замкнутой системе. Методы адаптации, построенные на основе расчёта параметров модели (идентификации) будем называть АИМ – методы адаптации с идентификатором модели объекта.
Заметим, что использование идентификатора для адаптации (АИМ) - весьма перспективное направление построения адаптивных систем. Для сложных систем регулирования (каскадные, многоимпульсные, связанные и несвязанные многомерные системы и т.п.) принять решение даже о направлении изменения параметров управляющих устройств по виду переходных процессов оказывается трудной задачей с многозначным решением. Тем более сложно определение численных значений. Однако по высказанным выше соображениям для приживаемости адаптивных устройств идентификация объектов должна выполняться в замкнутой системе без вмешательства в процессы, по результатам нормальной эксплуатации.
Среди специалистов бытует мнение о невозможности использования методов идентификации для определения параметров объектов в замкнутых системах, то есть о неидентифицируемости объекта в замкнутых системах. Однако в специальных исследованиях было показано, что неидентифицируемость параметров в замкнутых системах весьма редкое явление для обычно используемых в практике автоматизации видов моделей. Наличие запаздывания в объекте и использование параметрических методов практически снимает проблему неидентифицируемости даже при наличии ненаблюдаемых шумов.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 274; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!