15 Критичные по времени процессы

Многие процессы требуют высокого быстродействия СУ. Рассмотрим регулирование скорости прокатного стана. Работу различных двигателей и механизмов прокатного стана необходимо синхронизировать с высокой точностью в противном случае стальная полоса может либо порваться, либо погнуться.

Идея управления заключается в некотором ослаблении натяжения стальной полосы в течении всего процесса высокая скорость движения полосы от 10 до 100 м/с обуславливает необходимость распознавания изменения скорости любого двигателя с последующей коррекцией скорости других двигателей.

Это предъявляет высокие требования к быстродействию управляющего компьютера.

16. Свойства процессов, усложняющие управление.

Уровень сложности СУ определяется в первую очередь свойствами управляющего процесса среди прочих проблем. Наибольшее влияние оказывают:

1. нелинейность процесса

2. изменяющаяся внешняя среда

3. изменения условий самого процесса

4. значительные временные задержки

5. внутренние связи процесса.

Практически все физические процессы по своей природе нелинейны. Линейность соотношения фактически в большинстве случаев представляет собой искусственное упрощение реального положения вещей, напр. Зависимость между силой реакции и удлинением пружины в механических системах очень часто нелинейно, т.е. если пружина удлиняется в 2 раза, то сила реакции не удваивается, она растет чуть быстрее. Скорость протекания реакции в большинстве хим. процессов нелинейно зависят от температуры. При некоторой рабочей температуре изменение последней на несколько градусов вызывает изменения скорости реакции. Отсюда, не означает, что такое же измерение при другой температуре приведет к такому же изменению скорости реакции. Но благодаря своей простоте, линейные модели позволяют создавать удобные аппроксимации физических систем.

Важный вид нелинейности – это насыщенность магнитных материалов электрических машин. Намагничивание якоря является функцией не одной переменной, а зависит от истории двигателя, т.е. состояний предшествующего текущему режиму. Разгон ЭД от нулевой скорости до половины номинальной не тоже самое, что снижение скорости от номинальной до половины. При проектировании СУ такие факторы необходимо учитывать. Нелинейность встречается не только в физических процессах, но и в интерфейсе с компьютером, т.е. в датчиках и исполнительных механизмах. Например, переключающий клапан – он может быть либо открыт либо закрыт. Компьютер способен на основе сложных вычислений определить, что оптимальный входной поток для процесса составляет 46 или 107% от значения, соответствующего полному открытию, но реально для клапана возможны лишь 2 значения (0 или 100%). Кроме того, быстро изменяющиеся сигналы управления могут вызвать износ клапана, поэтому их следует избегать. Меняющиеся условия внешней среды проявляются напр. В динамике самолета. Самолет ведет себя по-разному на малых и больших высотах из-за разности плотности воздуха. Реакция на движения закрылков проявляется сильнее на низких высотах, где воздух более плотный, поэтому автопилот должен учитывать высоту на ряду с 10-ми других факторов.

Поведение парового котла представляет собой пример процесса с измененной динамикой. Из-за внутренних нелинейностей динамика котла существенно различается при малых и больших уровнях мощности. Это означает, что настройки параметров регуляторов должны зависеть от уровня мощности, на которую в данный момент работает котел. Рабочие параметры, как функция мощности можно сохранить в виде таблицы. Такой метод называется табличным управлением коэффициентом усиления.

Запаздывание сигналов или наличие зон нечувствительности представляет собой серьезную проблему для управления. Из-за этого регулятор функционирует на основе устаревших данных в плоть до того, что он может выдавать ложные данные. Временные запаздывания создаются не только длинными трубами. Многие типы датчиков характеризуются некоторым временем, необходимым для получения нового значения измеренной величины. Это ведет к задержке СУ и как следствие к неустойчивости.

Регулятор в системе с временными задержками должен помнить старое управляющее воздействие, т.е. он должен хранить значение выходных управляющих сигналов, и использовать их для последующих расчетов. Существуют регуляторы способные компенсировать временные задержки. Они содержат модель управляющего процесса в той или иной форме и оценивают по спец. алгоритмам текущие значения технологических переменных, которые нельзя измерить без запаздывания. Учет внутренних взаимосвязей добавляет массу сложностей в модель процесса, даже если он в основе своей прост. Примером в данном случае может служить задача регулирования температуры в комнатах здания. Если открыто окно в одной из комнат, то температура меняется не только локально, но и до некоторой степени в соседних комнатах. Систему с внутренними связями, где изменение на одном из входов влияет сразу на несколько выходов можно представить виде блок-схемы. Для систем производства и передачи эл. энергии характерны большинство из отмеченных ранее проблем. Система сложна во всех смыслах: имеет большое число составляющих; обладает нелинейной динамикой; должна работать в рамках жестких временных ограничений; подвержена постоянному изменению нагрузки и внешних условий; требует очень высокой управляемости и надежности. Эффективно управлять такой системой возможно только при помощи компьютера.