1. Общие сведения об автоматическом управлении и средствах автоматики

1. Понятие об автоматическом и автоматизированном управлении

Управление каким-либо объектом – это процесс направленного воздействия на него с целью обеспечения требуемого течения процессов в объекте или требуемого изменения его состояния.

Управление, осуществляемое без участия человека, называется автоматическим управлением.

Управление, осуществляемое с помощью технических средств с участием человека, называется автоматизированным управлением.

Под объектом управления (ОУ), в общем случае, понимают совокупность взаимосвязанных технических средств и биологических объектов, которыми необходимо управлять для достижения цели. В частном случае ОУ может содержать только технические устройства или только биологические объекты.

Техническое устройство, с помощью которого осуществляется автоматическое управление объектом, называется управляющим устройством (УУ).

Совокупность объекта управления и управляющего устройства (рисунок 1.1) образуют систему автоматического управления (САУ).

Параметр ОУ, которым управляют, называется управляемой величиной.

Воздействие, которое прикладывается к ОУ со стороны УУ для изменения управляемой величины, называется управляющим воздействием на объект.

На состояние ОУ и УУ влияют воздействия, которые вызывают изменение управляемой величины, мешая процессу управления. Такие воздействия называют возмущающими воздействиями.

На УУ подают воздействия, которые определяют цели управления. Такие воздействия называются управляющими или задающими воздействиями на систему.

.

Рисунок 1.1─ Общая функциональная схема САУ:

Y ─ вектор управляемых величин; Y₃ – вектор управляющих воздействий на систему; Х_у ─ вектор управ­ляющих воздействий на объект, F ─ вектор возмущающих воздействий.

Связи, показанные на рисунке 1.1.1 штриховыми линиями, присутствуют не во всех типах систем.

2. Виды систем автоматики

Автоматизированная система управления (АСУ) – человеко-машинная система, осуществляющая сбор, обработку информации и управление объектом на основе этой информации.

В настоящее время АСУ реализуются, в основном, на базе контроллеров и ПЭВМ.

Система автоматического управления (САУ) – система, осуществляющая сбор, обработку и управление объектом без непосредственного участия человека.

Система автоматического контроля – система, обеспечивающая автоматический сбор и обработку информации о ходе технологического процесса на объекте и его техническом состоянии и выдачу этой информа­ции оператору в визуальном или звуковом виде.

Система автоматической защиты – система, обеспечивающая автоматический сбор и обработку информации о ходе технологического процесса на объекте и его техническом состоянии и автоматическое предотвращение недопустимых режимов работы и аварий на объекте.

Вышеперечисленные системы могут быть интегрированы в любом сочетании.

2. Основы теории автоматического управления

2.1 Функциональные схемы

Функциональная схема системы – это наглядное графическое изображение системы в виде взаимосвязанных элементов, выполняющих определенную функцию (рисунок 2.1).

Элементы функциональной схемы изображаются, прямоугольниками, а связи между ними указываются линиями со стрелками, соответствующими направлению прохождения сигнала. Вместо термина “сигнал” используют также термин “переменная”, “входное воздействие” и “выходная величина”.

Наименование функционального элемента в сокращенной форме указывается внутри соответствующего прямоугольника. Над линиями связи указывают обозначение сигнала. Под схемой или в тексте сокращения и обозначения расшифровываются.

Система стабилизирует температуру в помещении в зимний период за счет изменения температуры приточного воздуха, которая регулируется путем изменения расхода горячей воды через водяной калорифер. Основное возмущающее воздействие – изменение температуры наружного воздуха. Датчик температуры воздуха внутри помещения – термометр сопротивления.

Рисунок 2.1 ─ Функциональная схема САР температуры в помещении:

З ─ задатчик (R₁); СУ─ сравнивающее устройство (мост); У ─ усилитель; Д_в ─ двигатель; Р ─ редуктор; В ─ вентиль; ОУ ─ объект управление; R_д ─ датчик (термометр сопротивление); Θ₃ ─ заданная температура; R_t ─ сопротивление задатчика; U_м ─ напряжение на выходе моста; U_y ─ напряжение на выходе усилителя; φ_дв– угол поворота вала двигате­ля; φ_p ─ угол поворота вала редуктора: Q_в ─ расход горячей воды; Θ ─ температура в помещении; Θ_H ─ наружная температура; R_д ─ сопротивление датчика.