Автоматическое управление

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Составление функциональной схемы 5
2. Описание работы функциональной схемы 7
3. Составление структурной схемы замкнутой и разомкнутой системы 

регулирования 10

4. Определение передаточной функции замкнутой и

разомкнутой системы регулирования 11

5. Характеристическое уравнение разомкнутой системы 14
6. Определение устойчивости разомкнутой системы управления 15
7. Определение устойчивости замкнутой системы управления 17
8. Определение запаса устойчивости по КЧХ разомкнутой системы 19
9. Определение запаса устойчивости по ЛАЧХ и ЛФЧХ  

разомкнутой системы 20

10. Построение переходного процесса 22
11. Определение показателей качества процесса регулирования 27
12. Выбор корректирующего устройства 29

Заключение 31

Список  используемых источников 32 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

       Повышение производительности труда базируется на механизации и автоматизации производства. Рассмотрим подробнее эти понятия —  «механизация» и «автоматизация». Что между ними общего и в чем  различия?

       Механизация — замена ручных средств труда машинами и механизмами. С их помощью человек может поднимать и перемещать тяжелые грузы, резать, ковать и штамповать металл при изготовлении деталей, добывать руду и топливо из недр земли. Но управление этими механизмами осуществляется человеком: он должен постоянно контролировать ход производственного процесса, анализировать его, принимать решения и воздействовать на этот процесс. Например, рабочий при обработке детали на станке должен измерять размеры детали, определять ее качество, т. е. получать информацию путем измерений. В зависимости от результатов измерений рабочий изменяет скорость резания, величину подачи инструмента, т. е. принимает и исполняет решение. Таким образом, при механизации требуется постоянное участие человека во всем ходе производственного процесса.

       Автоматизация  производственных  процессов   —   применение технических средств и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в этих процессах. Автоматизация облегчает умственный труд человека, освобождает его от сбора информации, ее обработки, исполнения принятого решения. В системах автоматики получение, передача, преобразование и  использование   информации   осуществляются без непосредственного участия человека. Для получения информации о ходе производственного процесса применяют датчики — элементы автоматики, преобразующие самые разные физические величины (размеры, температуру, давление, скорость, уровень, влажность и т. д.) в некоторый сигнал, удобный для последующей обработки в автоматическом устройстве или ЭВМ.

       Автоматическое  регулирование широко применяется  в электротермии. В электрических  печах сопротивления применяется  автоматическое регулирование температурного режима. В дуговых и руднотермических печах применяют автоматические регуляторы, стабилизирующие их режим и обеспечивающие поддержание их мощности на заданном уровне, ведутся работы по комплексной автоматизации этих печей.

       Сушка и увлажнение широко применяются  в народном хозяйстве, промышленности, сельском хозяйстве и строительстве.

       Сушка требует больших затрат энергии: по литературным данным, на сушку затрачивается более 12% добываемого топлива, однако сушка является не только теплотехническим, но и технологическим процессом. В процессе сушки происходят необратимые физико-технические, коллоидно-физические и биохимические изменения, имеющие большое значение для получения готовой продукции надлежащего качества.

       В легкой промышленности материалы являются влагосодержащими, а технологические процессы почти во всех её отраслях жидкостные обработки и увлажнения, после которых требуется сушка. В связи с этим большое внимание уделяется организации процесса сушки, теории сушки, конструктированию сушильных установок и их автоматизации.

       В данное время автоматизация сушильных  установок для лёгкой промышленности является одной из первоочерёдных задач автоматизации. Она даёт большой технико-экономический эффект.

       Особенно  важна автоматизация сушильных  установок в тех отраслях промышленности, в которых даже незначительный перегрев или пересушка приводят к порче  материала.  
 
 
 

1. СОТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 

       Автоматическая система регулирования состоит из отдельных элементов, которые функционируют таким образом, чтобы поддерживать регулирующую величину на заданном значении или изменять ее по определенному закону.

       Элементы  системы образуют структуру автоматической системы регулирования. В общем случае под структурой САР понимают совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенным признакам, и путей передачи воздействий между ними, образующих автоматическую систему. В функциональной структуре САР каждая часть предназначена для выполнения определенной функции. Структуру САР с той или иной степенью детализации можно представить графически. Графическое изображение структуры САР называют структурной схемой САР.

       Части системы, на которые она разделяется  по тем или иным признакам, изображают графически в виде прямоугольников с указанием в них условных обозначений представляемых частей системы. Пути передачи между частями системы изображают в виде линий со стрелкой в направлении передачи воздействий. Дополнительную связь структурной схемы САР, направленную от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называют дополнительной обратной связью (или кратко обратной связью). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.

       В САР регулируемая величина сравнивается с задающей величиной в суммирующем устройстве. Зачерненный сектор в графическом изображении суммирующего устройства означает, что входящее в этот сектор воздействие подается с обратным знаком. Благодаря этому при значении регулируемой величины, равном заданному, на вход усилителя системы сигнал не поступает и система находится в равновесии. В случае неравенства значения сигнала заданному рассогласование (ошибка) подается на вход усилителя системы, которая реагирует на это таким образом, чтобы рассогласование уменьшалось, т. е. температура в печи становилась ближе к заданной. Так как в САР регулирующее воздействие образуется как результат отклонения регулируемой величины от ее заданного значения, то главная обратная связь является всегда отрицательной. В составленной функциональной схеме заданием является температура, установленная задающим потенциометром. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 

       Рассмотрим  систему регулирования схема, которой приведена на рисунке. Задачей такой системы является поддержание постоянной температуры в электрической печи 1, чувствительным элементом регулятора является термопара 2. ТермоЭДС термопары сравнивается с ЭДС задающего потенциометра 3, и разность их показаний сначала усиливается электронным усилителем 4, а затем выходным магнитным усилителем 5. Нагревательное сопротивление 6, питаемое выходным током магнитного усилителя обогревает печь. Рассмотрим как работает каждый элемент.

       Работа магнитного усилителя основано на использовании свойств ферромагнитных материалов.

       Данный  магнитный усилитель имеет один трехстержневой сердечник. Обмотки переменного тока w_p в нем соединены таким образом, что э. д. с. с частотой источника питания в цепи не наводиться, образуемой обмоткой управления w_у. Обмотки, включены в цепь последовательно с нагрузкой, эти обмотки являются главными, а обмотка, по которой проходит постоянный ток, называется обмоткой подмагничивания.

       Предположим, что на управляющую обмотку магнитного усилителя подается постоянный ток. Этот ток вызовет уменьшение действующей магнитной проницаемости, так как увеличится напряженность магнитного поля. С уменьшением магнитной проницаемости будет уменьшаться и индуктивность главных обмоток усилителя. А с уменьшением индуктивности главных обмоток будет уменьшаться их полное сопротивление, и ток в этих обмотках будет возрастать. Поэтому при помощи подмагничивания постоянным током можно изменять индуктивность главных обмоток и, следовательно, ток в выходной цепи усилителя. Если в цепь главных обмоток последовательно включить нагрузку, то мощность постоянного тока, расходуемая в цепи управляющей обмотки, будет значительно меньше мощности, выделяемой в нагрузке. Поэтому это устройство можно назвать усилителем. Нагрузка в цепи управляемой обмотки является выходом усилителя. В магнитном усилителе сигнал на входе изменяет индуктивность на выходе усилителя. Очевидно, что измененяемая индуктивность будет влиять на величину тока только в цепи переменного тока, поэтому цепь нагрузки магнитного усилителя должна питаться от источника переменного тока. Что касается сигналов, подаваемых на вход усилителя, то эти сигналы могут быть как постоянного, так и переменного тока, но чаще применяют постоянный ток. В тех же случаях, когда усиленное напряжение должно быть постоянным, в цепь нагрузки включают выпрямительное устройство. Магнитные усилители отличаются большим сроком службы, допускают значительные перегрузки, и надежны в работе. Магнитные усилители широко применяются в устройствах автоматического управления. Недостатком  магнитных   усилителей является их инерционность, обусловленная индуктивностью обмоток управления.

       Термоэлектрические  датчики относятся к датчикам генераторного типа. Их работа основана на одном из термоэлектрических явлений — появлении термоэлектродвижущей силы (термоЭДС).

       Сущность  этого явления заключается в  следующем. Если составить электрическую цепь из двух разнородных металлических проводников (или полупроводников), причем с одного конца проводники спаять, а место соединения (спай) нагреть, то в такой цепи возникает ЭДС. Эта ЭДС будет пропорциональна температуре места; спая (точнее — разности температур места спая и свободных, неспаянных концов). Коэффициент пропорциональности зависит от материала проводников  и  в  определенном  интервале  температуры остается постоянным. Цепь, составленная из двух разнородных материалов, называется термопарой; проводники, составляющие термопару,  называются термоэлектродами; места соединения термо-электродов — спаями. Спай, помещаемый в среду, температуру которой надо  измерить,   называется   горячим   или рабочим.   Спай, относительно которого измеряется температура, называется холодным или свободным. Возникающая при различии температур горячего и холодного спаев ЭДС называется термоЭДС. По значению этой термоЭДС можно определить температуру.

       Физическая  сущность возникновения термоЭДС объясняется  наличием свободных электронов в металлах. Эти свободные электроны хаотически движутся между положительными ионами, образующими остов кристаллической решетки. В разных металлах свободные электроны обладают при одной и той же температуре разными, скоростью и энергией. При соединении двух разнородных металлов (электродов) свободные металлы из одного электрода проникают в другой. При этом металл с большей энергией и скоростью свободных электронов больше их теряет. Следовательно, он приобретает положительный потенциал. Металл с меньшей энергией свободных электронов приобретает отрицательный потенциал. Возникает контактная  разность потенциалов. При одинаковой температуре спаев контактная разность потенциалов не может создать тока в замкнутой цепи. Но если нагреть один из спаев, то контактная разность в одном из спаев увеличится, а в другом останется без изменений. В результате в контуре возникнет термоЭДС, тем большая, чем больше разность температур спаев.

3. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ 

       Для того чтобы составить структурную схему необходимо определить, в виде каких звеньев можно представить элементы, которые составляют  функциональную схему, и какие передаточные функции имеют эти звенья.