Обобщенная функциональная схема СУИМ, координаты и параметры СУИМ.
Назначение, классификация исполнительных механизмов и систем управления
Согласно ГОСТ 14691 «Устройство исполнительное для систем автом. регулирования» представляет собой устройство системы авт. управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с полученной командной информацией. (При этом имеется в виду, что исп. устройство состоит из двух функциональных блоков: собственно исполнительного механизмаи регулирующего органа и может оснащаться дополнительными блоками.(Это в качестве дополнительной информации))
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ (ИМ)- любой механизм, осуществляющий воздействие на технический (технологический) объект управленияя по сигналам оператора или от системы управления (пульта управления оператора, промыш. логич. контроллера (ПЛК), контурного регулятора и т.п.).
В частном случае исп. мех-мом является запорно-регулирующая арматура (ЗРА). В ЗРА - Изменение положения регулирующего органа вызывает изменение потока энергии или материала, поступающих на объект, и тем самым, воздействует на рабочие машины (механизмы и технологические процессы), устраняя тем самым отклонения регулируемой величины от заданного значения.
Классификация арматуры: 1) Запорная (вентиль, кран, задвижка(открыть-закрыть)); 2) Регулирующая (вентиль, клапан (приним. промежуточные значения)); 3) Предохранительная(предохранительный клапан, обратный клапан); 4) Контрольная (для приборов)
|
|
|
ИМ в зависимости от конструкции разделяют на: простые (перемещают раб. орган из одного крайнего положения в другое) и сложные (например сервопривод);
Основные управляемые координаты ИМ – положение и скорость.
Технологические координаты –температура, давление, концентрация, уровень и т.д.
Рабочая среда ИМ - внешняя среда, создающая условия для управления движением исполнительного механизма (электрическая энергия, энергия давления воздуха или жидкости).
Перестановочное усилие – усилие, создаваемое рабочей средой ИМ, и передаваемое выходным элементом исполнительного механизма регулирующему органу.
Выходной элемент – элемент исполнительного механизма, передающий перестановочное усилие или вращающий момент регулирующему органу (кулачок, рычаг, фланец, шток и т.п.).
Классификация ИМ:
По конструкции рабочего(регулирующего) органа (РО): 1) Задвижка(затвор); 2) Регулирующий клапан (клапан, вентиль, заслонка, кран); 3) Насос (вентилятор, компрессор); 4) Теплонагревательные элементы; и др.
По виду движения РО: 1) Прямоходные (возвратно-поступательные); 2) Поворотные (неполноповоротные(до 360 град.)); 3) Многооборотные (более 360 град.).
|
|
|
По типу привода: 1) Злектрический; 2) Пневматический; 3) Гидравлический; 4) Комбинированный (например электрогидравлический); 5) Ручной.
По виду регулируемой координаты объекта управления:
– скорость РО ; – положение РО; – температура (°С); – расход (м3/c); – давление (Па);– уровень (м);
– прочие.
По мощности ЭИМ переменной скорости: – малой мощности (до 10 кВт); – средней мощности (10 –100 кВт);– большой мощности (свыше 100 кВт).
По типу механической передачи от привода ИМ к РО: – безредукторный ИМ;
– с цилиндрическим редуктором; – с коническим редуктором; – с червячным редуктором;
– с планетарным редуктором; – с ременной, тросовой или цепной передачей; – с комбинированными передачами.
Наиболее распространенные ИМ – Электрические ИМ (ЭИМ).По принципу управления ЭИМ различают:1)ЭИМ постоянной скорости (релейно-контактная схема, бесконтактная релейно-импульсная схема); 2) ЭИМ переменной скорости
Классификация систем управления исполнительными механизмами (СУИМ):
СУИМ можно классифицировать по ряду основных признаков.
1.По степени автоматизации функций управления:
1)ручного управления (человек-оператор вырабатывает и реализует стратегию управления
2)системы автоматизированного управления (человеко-машинные СУИМ); человек-оператор задает и корректирует задание (уставки) процесса управления ОУ, а СУИМ (аналоговые или дискретные) осуществляют оптимальную в некотором смысле отработку задающих воздействий;
|
|
|
3)системы автоматического управления ИМ (без участия человека);
2. По типу исполнительного механизма: 1)- электрические (электромеханические) СУИМ;
2) гидравлические СУИМ; 3) пневматические СУИМ; 4) электромагнитные СУИМ;
5) комбинированные СУИМ
3. По характеру протекания процессов в СУИМ. 1) непрерывные (аналоговые) СУИМ;
2) дискретные (релейные, импульсные, цифровые) СУИМ; 3) дискретно-непрерывные, в том числе цифро-аналоговые СУИМ.
4. По принципу управления (характеру задач управления): 1) системы стабилизации;
2)системы программного управления; 3) следящие системы и системы воспроизведения движений.
5. По наличию существенных нелинейностей в СУИМ: 1) линейные (линеаризованные) СУИМ; 2) нелинейные СУИМ.
6.По наличию силового преобразователя подводимой энергии: 1) СУИМ без силового преобразователя энергии ; 2) СУИМ с силовым преобразователем энергии
7. По виду выходной координаты ИМ или технологической координаты ОУ: 1) системы регулирования скорости РО ; 2) системы регулирования положения РО ; 3) системы регулирования технологической координаты (расход, температура, давление, уровень и т.д.) ;
|
|
|
8. По наличию и типу обратных связей: 1) разомкнутые СУИМ (без обратных связей);
2) замкнутые СУИМ : - по ошибке регулирования; - по вектору состояния ОУ;
- с регулированием по возмущению; - с комбинированным управлением.)
9. По принципу управления: 1) СУИМ постоянной скорости с релейно-импульсным управлением; 2) СУИМ переменной скорости с аналоговым или дискретным управлением.
10. По типу регуляторов, применяемых в устройстве управления: 1) с аналоговыми или цифровыми регуляторами класса “вход-выход”; 2) с релейными регуляторами класса “вход-выход”;
3) с аналоговыми или дискретными регуляторами состояния.
11. По числу и связности каналов управления: 1) одномерные СУИМ (со скалярным управлением); 2) многомерные СУИМ с автономными (невзаимосвязанными) каналами управления (с субвекторным управлением); 3) многомерные многосвязные СУИМ (с векторным управлением).
12.По типу элементной базы устройства управления: 1) на основе операционных усилителей;
2)на основе логических интегральных микросхем; 3) на основе унифицированных блочных систем регуляторов; 4) на основе микропроцессорных систем.
Обобщенная функциональная схема СУИМ, координаты и параметры СУИМ.
Рис 1. Обобщенная функциональная схема системы управления
| Объект управления (ОУ) – технологическая установка (технологический процесс), в которую входят различные исполнительные механизмы (задвижки, приводы и т.д.) Устройство оценивания состояния(УОС) – датчик или устройство косвенного измерения или вычисления координат. Устройство управления (УУ) – совокупность регулирующих фильтров, корректирующих устройств. |
Обобщенная функциональная схема локальной электромеханической системы управления:
- Устройство задания(УЗ) формирует задающее воздействие Xз изменения выходной координаты
- Устройство регулирования (УР) (регулирующие фильтры) Формирует управляющие воздействия UУ, обеспечивая оптимальные динамические и
статические характеристики системы в соответствие с заданным критерием качества управления.
- силовые преобразователи энергии (СПЭ) Преобразуют электрическую энергию питающей сети в электромагнитную энергию управления электродвигателем, формируя вектор выходных сигналовEп
- ЭД – электродвигатель постоянного или переменного тока. Обеспечивает преобразование подводимой электрической энергии в механическую энергию. X – вектор координат состояния (вектор переменных) электродвигателя (напряжения, токи, моменты и т.д.)
- ПМ – передаточный механизм. Передает энергию вращения электродвигателя в энергию вращения или поступательного движения рабочего органа (РО) исполнительного механизма (ИМ). X¢ - вектор состояния координат.
- РО – рабочий орган. Y – выходная координата ОУ.
- УИС – Устройство измерения состояния (ч-з датчики в устройстве регулирования) Формирует вектор Xс сигналов обратных связей по состоянию ОУ.
- УИВ - устройство измерения контролируемых возмущающих воздействий СУИМ (датчики координат возмущения ОУ). Формирует вектор Xв сигналов компенсирующих связей по возмущению системы управления.
Возмущения подразделяются на 3 вида:1) аддитивные – приходят из внешней по отношению к ОУ среды, суммируясь с полезными сигналами (координатами ОУ); 2)мультипликативные – возникают внутри или вне системы, умножаясь на координаты ОУ (обусловлены естественными или искусственными перекрестными связями ОУ и внешней среды); 3) параметрические – обусловлены временным или температурным дрейфом параметров ОУ
- Функциональные элементы, блоки и структуры СУИМ.
1) задающие элементы, позволяющие установить заданное значение выходной переменной объекта управления (ОУ) (источники эталонного напряжения или тока, потенциометры, сельсины и др.); они могут содержать блоки памяти (от уставок реле и напряжений до устройств хранения программ и данных, записанных на магнитных и электронных носителях информации /в качестве доп. информачии если чё/);
2) чувствительные элементы, обеспечивающие непосредственное измерение переменных ОУ (датчики координат состояния ОУ);
3) усилительные элементы, служащие для усиления сигналов чувствительных элементов (транзисторные усилители, масштабирующие операционные усилители и др.(тоже на всякий случай));
4) исполнительные элементы, предназначенные для приведения в движение рабочих органов исполнительных механизмов ОУ (электрические двигатели постоянного или переменного тока, пневмоприводы, гидроприводы, электромагнитные приводы);
5) преобразовательные элементы, обеспечивающие преобразование входного сигнала (энергии) одного вида или уровня в другой; различают силовые преобразовательные элементы и преобразователи сигналов информационных каналов СУИМ
6) корректирующие элементы, обеспечивающие изменение статических и динамических свойств СУИМ (фильтрующие элементы, дифференцирующие и интегрирующие звенья в прямом или обратном канале регулирования, параметрические регуляторы).
7) блоки связи микропроцессорных средств управления (МПСУ) с объектом управления (модули ввода/вывода информации) и иными периферийными устройствами, в частности сетевые аппаратные средства.
4. Методы математического описания элементов СУИМ: дифференциальные уравнения, передаточные функции и матрицы, структурные схемы.
(пизда-джигурда, походу этого билета нет нигде в никаких лекциях, как и пятого, так что написал что есть, объединив 4 и 5 вопросы, т.к. скорее всего на экзамене так и будет)
СУИМ – динамические системы, содержащие как минимум один вход и один выход и обеспечивающие преобразование входных (задающих и возмущающих) воздействий в выходные (управляемые) переменные. Характерной особенностью звеньев САУ является однонаправленность, т.е. отсутствие или ничтожное влияние выходных сигналов на входные.
Для описания элементов СУИМ используют различные формы, в частности:
1. функциональные схемы, в том числе схемы замещения;
2. обыкновенные дифференциальные уравнения (для объектов с сосредоточенными параметрами) или дифференциальные уравнения в частных производных (для объектов с распределенными параметрами); (в скобках - для уточнения)
3. операторные уравнения, передаточные функции и матрицы, т.е. функции комплексной переменной s или оператора p Лапласа (в непрерывных СУИМ), функции комплексной переменной z (в дискретных СУИМ);
4. структурные схемы;
5. сигнальные графы;
6. частотные характеристики и диаграммы на их основе;
7. векторно-матричные уравнения;
8. схемы пространства состояний и др.
Синтез и анализ СУИМ осуществляют в частотной или временной области, что предполагает применение различных методов математического описания элементов СУИМ.
Частотные методы синтеза и анализа применяют к линейным стационарным объектам и системам (непрерывным и дискретным) практически любой сложности. Сущность частотных методов исследования заключается в оценке устойчивости и качества по установившейся реакции системы на гармоническое воздействие различной частоты. Наиболее часто для описания и исследования СУИМ частотными методами применяют:
- логарифмические амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики (ЛАЧХ и ЛФЧХ) разомкнутой системы, т.е. диаграмму Боде
- амплитудно-фазовую характеристику (АФХ) разомкнутой системы – диаграмму Никольса
- диаграмму (годограф) Найквиста разомкнутой системы
Временные методы синтеза и анализа СУИМ применимы к линейным и нелинейным, стационарным и нестационарным, непрерывным и дискретным, одно- и многомерным СУИМ любой сложности. Сущность временных методов анализа заключается в получении прямых или косвенных показателей качества управления по реакции СУИМ на типовые тестовые воздействия (обычно в виде единичной ступенчатой функции).
При исследовании СУИМ временными методами применяют решение тем или иным методом систем обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающих элементы и связи между ними, относительно заданных переменных с использованием средств вычислительной техники. Наибольшее применение при решении дифференциальных уравнений СУИМ нашли методы Эйлера 1-го порядка, Адамса, Рунге-Кутта 4-го и 5-го порядка, а также метод переходных состояний, позволяющий практически с любой требуемой точностью осуществить переход системы из произвольного начального состояния в следующее, отстоящее на период, заданный в матрице перехода. Последний из методов базируется на векторно-матричном аппарате исследования систем и ориентирован на применении цифровой вычислительной техники (персональных компьютеров) и соответствующих программных систем и математических пакетов расширения.
Дата добавления: 2018-05-31; просмотров: 563; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!