Automatikus vezérlés
2.3 Funkcionális diagram .........................................................
3 Számítógépes kísérlet .................................................
3.1 S-Watt szabályozó modell .................................................
Az automatikus szabályozás és ellenőrzés elmélete olyan tudományos tudományok számát jelenti, amelyek együttesen alkotják a vezetés tudományát. Kezdetben az volt a célja, hogy megvizsgálja a technikai folyamatok - termelés, energia, közlekedés stb. Jelenleg az automatikus szabályozás és ellenőrzés tóriájának fő szerepe a technikai folyamatok tanulmányozása, bár az utóbbi években a következtetéseit és eredményeit már nem csak műszaki jellegű dinamikus tulajdonságok tanulmányozására használják.
Az automatikus vezérlés végrehajtásához egy olyan rendszer jön létre, amely egy vezérlő objektumból és egy vele szorosan összekapcsolt vezérlőegységből áll. Mint minden technikai struktúra, az irányítási rendszer olyan konstruktív módon merev, dinamikusan "erős" konstrukciót kíván létrehozni. Ezek a tisztán mechanikus kifejezések meglehetősen hagyományosak és itt használhatók abban az értelemben, hogy a rendszernek képesnek kell lennie az előírt cselekvési program végrehajtására a külső környezet elkerülhetetlen interferenciája ellenére.
Ennek egyik oka, szabályozók ösztönzése építeni szükségessége volt, hogy, hogy ellenőrizzék a folyamatok zajlanak jelenlétében annyira változó beavatkozás, különösen a terhelést, ami elveszett, ugyanakkor nem csak a pontosság, hanem a rendszer hatékonyságát. Az ilyen körülmények között a prekurzorok szabályozói a középkorban a centrifugális ingaelemekkel ellátott vízmalom szabályozóként használhatók. Bár néhány automatikus adatkezelők megjelent alkalommal voltak kíváncsiak a történelem, a művészet jelenetek, és hogyan minden komoly hatással kialakulását tervezése és ellenőrzése elmélet nem volt. Az ipari szabályozók fejlesztése csak a XVIII. És XIX. Század fordulóján kezdődött, az európai ipari forradalom korában. Ennek az időszaknak az első ipari szabályozói az automatikus úszószabályozó 1765-ben épített gőzgép kazánjának táplálására. Polzunovym és a gőzgép sebességének centrifugális szabályozója, amely 1784-ben J. Watt szabadalmát kapta. Ezek a szabályozók ugyanis megnyitották az utat a szabályozók szabályozása és találmányai elveihez, amelyek a 19. században folytatódtak. Ebben az időszakban, voltak kontrollok expozíció (Siemens) sebesség, a terhelés (Poncelet), szervomotorok egy merev hurokban, (Farcot), szabályozók rugalmas visszajelzést (PID), Kapcsolási Regulators "a cut-off gőz," rezgő elektromos szabályozók, stb n.
A gőzgép nem véletlenül vált az ipari szabályozók elsődleges tárgyává, mivel nem volt képes önállóan dolgozni, pl. nem rendelkezett "önszabályozó" szinten. Her kellemetlen dinamikus jellemzői gyakran vezetett kellemetlen meglepetés, ha csatlakozik a gépkezelő nem járt a várt módon tervező: „ringató” az autó, vagy akár képtelenek irányítani. Mindez természetesen az elméleti kutatások vezetéséhez vezetett.
A technológiai folyamatok korszerű vezérlőrendszereit nagyszámú és változatos folyamatparaméterek, vezérlőrendszerek és vezérlőelemek jellemzik.
Folyamatparaméter - a folyamat fizikai mennyisége, például hőmérséklet, nyomás, áramlási sebesség, szint, tömeg, tömeg, pH, feszültség stb.
A technológiai folyamat paramétereit, amelyeket állandóan meg kell őrizni, vagy módosítani kell egy meghatározott program szerint, vagy módosítani kell egy bizonyos törvény szerint, szabályozott paraméternek nevezik.
Az ellenőrzött változó értékét az idő pillanatában pillanatnyi értéknek nevezzük.
A mért értéknek nevezzük az időben rendelkezésre álló ellenőrzött mennyiség értékét egyes mérőműszerek adatai alapján.
A mért és (vagy) beállítható folyamatparamétert egy elsődleges eszköz (érzékelő) bármelyik egységes jelre konvertálhatja. Ha az érzékelő kimenetén egy nem-szabványos jelet (például, hőelemek, ellenállás hőelemek, nyúlásmérő, stb), akkor, hogy azt a standard tartományban kell beállítani megfelelő normalizáló (jelátalakító) jeleket. Lehetőség van olyan univerzális bemenetű mérőszabályozók használatára is, amelyek támogatják az elsődleges eszközök (érzékelők) leggyakoribb típusainak csatlakoztatását a jelátalakítók alkalmazása nélkül.
A vezérlő objektum (OC) vagy a vezérlő objektum olyan eszköz, amelynek a szükséges működési módját kívülről speciálisan szervezett vezérlési műveletekkel kell fenntartani.
Vezetés - bizonyos törvények szerinti ellenőrzési intézkedések megalakulása, amely biztosítja az op-amp szükséges működési módját.
Az automatikus vezérlés a közvetlen emberi részvétel nélküli végrehajtás.
A szabályozás feladata, hogy az ellenőrzött objektum kimeneti értékét előre meghatározott értékre hozza, és egy adott értéken tartsa, figyelembe véve a zavaró hatásokat.
Az automatikus vezérlőrendszer (ATS) egy olyan automatikus rendszer, amelynek zárt hatásköre van, amelyben az Y vezérlést a valós érték (PV = X) és az SP beállított értéke összehasonlításával generálják. Az ATS fő célja az, hogy a szabályozott paraméter adott állandó értékét fenntartsa, vagy egy bizonyos törvénynek megfelelően módosítsa.
Kimeneti hatás (Y) - az ellenőrző rendszer vagy a vezérlőegység kimenetén keletkező hatás. Az automatizálás szakirodalmában a definíciónak megfelelő rövidítések is léteznek:
A beállítás befolyásolja a rendszerre gyakorolt hatást, amely meghatározza a szabályozott mennyiség megváltoztatásához szükséges jogot.
A perturbáló hatás olyan hatás, amely hajlamos a hajtóerő és az ellenőrzött mennyiség közötti funkcionális kapcsolat megszakítására.
Az automatikus stabilizációs rendszerek fő célja a külső zavaró hatások kompenzálása.
1) A stabilizáló rendszerre (ellenőrző rendszerre) ható zavaró tényezők felsorolása a táblázatban található.
2) Az ellenőrzési vagy szabályozási rendszert érintő zavartípusok osztályozását az alábbi táblázat tartalmazza.
A visszacsatolás az a folyamat, amely ahhoz vezet, hogy a rendszer működésének eredménye befolyásolja azokat a paramétereket, amelyeken e rendszer működése függ. Más szavakkal, a kimeneti jelhez (vagy általában az e jel funkciójához) tartozó jelet a rendszer bemenetére táplálják. Gyakran ez szándékosan történik, hogy befolyásolja a rendszer működésének dinamikáját.
Vannak pozitív és negatív visszajelzések. A negatív visszacsatolás oly módon változtatja meg a bemeneti jelet, hogy ellensúlyozza a kimeneti jel változását. Ez a rendszer stabilabbá teszi a paraméterek véletlen megváltozását. Pozitív visszacsatolás, éppen ellenkezőleg, erősíti a kimeneti jel változását. Az erős pozitív visszacsatolással rendelkező rendszerek hajlamosak instabilak, csillapodó rezgések fordulhatnak elő bennük, pl. a rendszer generátorrá válik.
Szabályozó - a vezérlés elméletében olyan eszköz, amely egy vezérlő objektum működését felügyeli, és vezérlőjeleket generál rajta. A szabályozók figyelik a vezérlő objektum néhány paraméterének (közvetlenül vagy megfigyelő segítségével) változását, és bizonyos szabályozási algoritmusok segítségével reagálnak a változásokra a meghatározott kontrollminőség szerint.
Statikus szabályozás. A statikus szabályozás a vezérelt változó (például hőmérséklet), amely hatása alatt a különböző külső tényezők (tápfeszültség a melegítő vagy a hűtőközeg-ellátás) a beállító objektum vége után a tranziens,
egyenlőtlen értékeket vesz fel, a hatás nagyságától függően.
A statikus vezérlőrendszer jellemző jellemzői a következők:
1) a rendszer egyensúlya lehetséges az ellenőrzött mennyiség különböző értékeire;
2) a szabályozott érték minden értéke megegyezik a szabályozó test bizonyos helyzetével.
Asztatik szabályozás. Az asztatikus szabályozással nincs határozott kapcsolat a szabályozó szerv pozíciója és a szabályozott mennyiség egyensúlyi értéke között. Ha a tranziens folyamat befejeződése után az objektum külső zavaró hatásának (terhelésének) különböző értékeire vonatkozó asztatikus szabályozást alkalmaznak, a szabályozott mennyiség értéke visszaáll.
Az astatic szabályozó rendszer jellemző jellemzői a következők:
1) a rendszer egyensúlya csak a szabályozott mennyiség (pl. A szint) egyetlen értéke esetén lehetséges, és ez az érték megegyezik a megadott értékkel;
2) a szabályozó testnek (például a szelepnek, a fedélnek) képesnek kell lennie arra, hogy különböző pozíciókat foglaljon el a szabályozott érték állandó értékénél.
Az asztatikus szabályozóknak nincs statikus hiba, és az ellenőrzött értéknek meg kell egyeznie az adott értékkel, amely megfelel a szabályozó érzéketlenségének a rendszer minden egyensúlyi állapotában.
A rendszerek túlnyomó többsége a visszacsatolás elvén alapul - a szabályozástól vagy eltérésektől való eltérés szabályozásával.
a) az eltérések szabályozása;
b) eltérés szerinti szabályozás;
c) a zavarszabályozás elve;
d) az összeegyeztethetetlenség és a zavarok szabályozásának kombinált elve.
Az ipari ATS alapvető követelményei:
1) Az ipari ATS-nek stabil folyamatvezérlést kell biztosítania a folyamat összes terhelésén.
2) A rendszernek a működési pont közelében meg kell adnia az ellenőrzési folyamatok meghatározott minőségét (átmeneti idő, túllövés és oszcilláció).
3) A rendszernek egyensúlyi állapotban előre meghatározott szabályozási pontosságot kell biztosítania.
Kívánatos, hogy nulla statikus vezérlési hiba jöjjön létre.
Mindezek a feltételek akkor teljesülnek, ha a vezérlő objektum álló helyzetben van, vagy paraméterváltozása elég kicsi és kompenzálódik a rendszer stabilitási tartalékaival. A korszerű ipari szabályozók stabil folyamatot biztosítanak az ipari létesítmények túlnyomó többségének ellenőrzésére, feltéve, hogy a szabályozó beállításait megfelelően kiválasztják.
Sok tudós, mérnök és feltaláló világszerte hozzájárultak az automatikus ellenőrzés elmélet és létrehozása automatikus ellenőrző eszközök. De azoknak, akik állt az eredetét a tudományos és műszaki tudományok az első helyen kell tartalmaznia feltalálók George. Watt, a testvérek Werner és William Siemens és tudósok DK Maxwell, I.A. Vyshnegradsky és A. Stodol. Kifejlesztett 1784-ben a nagy brit J. feltaláló. Watt centrifugális szabályozó eszköz volt az első visszajelzést automatikusan szabályozza a gőz áramlását a gépbe, és így stabilizálják fordulatszáma változó terhelés.
Az első technikailag fontos vezérlő eszköz a Watt szabályozó volt. Azt találta James Watt szerelő angol és célja, hogy állandó szögsebességgel forgó tengely gép (klasszikus gőzgép, gőzturbina vagy hidraulikus, dízel üzem, stb.)
A gőzgép szögsebességének automatikus vezérlőrendszerének működési diagramját az 1. ábra mutatja. A munkagép (gőz, víz, dízel üzemanyag) egy csillapítóval ellátott csővezetéken keresztül érkezik. Ez a munkadarab a gépbe való belépéskor nyomatékot ad ahhoz a tengelyhez, amelyen a Watt szabályozó található. Például egy gőzturbina esetében egy gőztöltő működik a tengelyre szerelt turbinacsapokra, és ezáltal nyomatékot ad.
A watt szabályozó a tengely része, amelynek végén két azonos rúd azonos súlyú, a végükön elforgathatóan rögzítve van. Amikor a szögsebesség eltér # 969; a terhelések centrifugális ereje megváltozik a beállított értéktől, amellyel összefüggésben változik a tengelykapcsoló helyzete, amely a működtetőegységet - a csappantyút a működtető karon működtetve - működtetik. Így ebben a rendszerben a működtetőmechanizmus működtetése az érzékelőelem energiájának (centrifugális szabályozó) energiájával történik, és ezért az automatikus vezérlőrendszerek osztályozása szempontjából ez az ATS közvetlen cselekvési rendszer.
Növelésével szögsebessége tengely forgásának a golyó alatt a centrifugális erő hatására elágaznak, és alsó tengelykapcsoló kart, amelyen keresztül a csappantyú lezárja a beszívott gőzt egy henger gép, amelynek tengely forgási sebessége növekedésének megállítása. Amikor csökkentve a szögsebessége a tengely forgását fordított folyamat játszódik le: a centrifugális erő csökken, a golyók megközelítik egymást, és a kapcsolást felemelte, a zár kissé nyitott, a gőz mennyisége szállított a henger, és a növekvő gép sebessége tengely megszűnik csökken. Így mindkét esetben, növekvő és csökkenő terhelés feltételek biztosítása, stabilizáló szögsebesség tengely forgásának. Ez a lényege az önszabályozás folyamat párhuzamosan: a gőzmozdony - a szabályozó - a terhelést. Ezt a szabályozási módszert negatív visszacsatolásnak nevezik. Ha az érték meghaladja az előre meghatározott szabályozott érték, a szabályozó úgy hat, hogy csökkenti ezt az értéket, és fordítva, ha ez az érték kisebb, mint egy előre meghatározott érték, akkor a szabályozó úgy működik, hogy ez az érték növekszik.
Tekintsük az ATS fő vagy kinematikai sémáját (1. ábra).
A rendszer az alábbi elemeket tartalmazza: M - lendkerék (vezérlő tárgy); KS - kúpfogaskerekek, amelyek mechanikus áttételt jelentenek; A CBM egy centrifugális inga (elvégzi az érzékelő funkcióit, amely meghatározza a tényleges szögsebességet, a szögsebesség-generátort és a szabályozó hibáját kiszámító additort); Z - csappantyú; A PM egy gőzgép.
A végrehajtó pneumatikus mechanizmussal ellátott csappantyúk a csővezetékeken folyó folyadék vagy gáz áramlási sebességének megváltoztatására szolgálnak. Ez lehetővé teszi, hogy állandó vagy változó által meghatározott alkalmazási aránya, hőmérséklet, nyomás és áramlási sebesség terén az ipari termelés. Ezek széles körben használják az automatizálás fűtőművek, szivattyútelepek, dúsítási folyamatokban élelmiszeripar, épületgépészeti berendezések és mások. Lehet használni, mint egy együttműködés a szabályozók, valamint a kézi és a távoli folyamat irányítását.
Lendkerék (lendkerék) - egy masszív forgó tárcsa, amelyet tároló (inerciális akkumulátor) kinetikus energiaként használnak. Olyan gépekben használják, amelyek egyenetlen energiaellátással vagy energiafelhasználással rendelkeznek, felgyülemlik az energiát, ha az energiabevitel nagyobb, mint az áramlás, és elhagyja azt, amikor a fogyasztás meghaladja az energiaellátást.
A gőzgép egy olyan külső égésű hőmotor, amely a fűtött gőz energiáját a dugattyú mozgásának elmozdulásának mechanikus munkájává alakítja, majd a tengely forgási mozgását. Tágabb értelemben egy gőzgép minden olyan külső égésű motor, amely a gőzfejlesztést mechanikai munkává alakítja.
A gőzgép bizonyos állandó terhelése megfelel a lendkerék bizonyos szögsebességének, a CBM áruinak pozíciójának, valamint a Z nyílásának értékének.