МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРЦЕССАМИ

6.1. Основные понятия и определения.

Неотъемлемой составляющей любого производственного цикла по выпуску продукции (в том числе и в строительстве) является управление технологическими процессами. Системы управления такими процессами относятся к классу автоматических (автоматические системы управления – САУ).

В АСУ человек управляет процессом, например, распределением ресурсов или документооборотом с использованием вычислительной техники, он находится в контуре управления.

В САУ человек вне контура управления. Он формирует задание и контролирует процесс, например, конвейер, оснащенный роботами, работа бытовой холодильной установки и т.п. На основании задания автоматика управляет объектом управления (О) без участия человека.

Рис. 19 Структура АСУ и САУ

Человеку в САУ остаются функции контроля и задания режимов работы автоматики. Это основная отличительная особенность АСУ от САУ.

Изучение, разработка, исследование и эксплуатация САУ – это область Теории автоматического управления (ТАУ), которая является разделом кибернетики.

· ТАУ – это научно-техническая дисциплина, изучающая методы анализа и синтеза моделей систем автоматического управления.

· Автоматическое управление – это воздействие на объект управления, с целью оптимизировать его функционирование. Любая целенаправленная деятельность или процесс нуждаются в управлении. Если управление осуществляется техническими средствами без участия человека — это автоматическое управление.

Часто САУ называют системами реального времени. То есть, система управления должна собрать данные, произвести их обработку в соответствии с заданными алгоритмами и выдать управляющее воздействие, а исполнительные механизмы должны его отработать за такой промежуток времени, который обеспечивает успешное решение поставленных перед системой задач.

Система называется системой реального времени, если правильность ее функционирования зависит не только от логической корректности вычислений, но и от времени, за которое эти вычисления производятся. То есть для событий, происходящих в такой системе, то, когда эти события происходят, так же важно, как логическая корректность самих событий. Если требования по времени не выполняются, то считается, что произошел отказ системы.

Хорошим примером САУ является робот, который должен брать что-либо с ленты конвейера. Детали на конвейере движутся, и робот имеет некоторый небольшой интервал времени для того, чтобы схватить деталь. Если робот опоздает, то детали уже не будет на месте, и поэтому работа будет неверной, даже если робот переместил захват в правильное положение. Другой пример - управление автопилотом самолета. Датчики самолета должны постоянно передавать измеренные данные в бортовой компьютер. Если данные измерений теряются, то качество управления самолетом падает, возможно, вместе с самолетом. Или - наружное давление резко падает – самолет попадает в воздушную яму и проваливается на несколько сот метров. Задержка реакции бортового компьютера может привести к сваливанию в штопор.

И так, основная задача САУ - получение правильных результатов за определенный крайний срок. Следовательно, эффективность системы зависит от двух составляющих:

· правильности результатов (от логической правильности либо от точности вычислений)

· правильности выбора времени, то есть способности выполнения вычислений за крайние сроки.

Условно САУ можно разделить на две части (два элемента):

· Управляющее устройство УУ;

· Объект управления ОУ.

Объект управления (О) – это система, требуемый режим функционирования которой должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями. В качестве О может служить какой либо технологический процесс (например, процесс производства цемента) или технический объект (самолет, робот, станок, и т.п.).

Управляющее устройство (УУ) - устройство осуществляет воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы. Управляющее устройство является средством автоматического управления. Как правило – это компьютер либо программируемое (прошиваемое) логическое устройство.

Совокупность объекта управления и средств автоматического управления представляет собой техническую частьСАУ.

Элементы системы взаимодействуют между собой и имеют связи с внешней средой:

Х – задающее воздействие, прикладывается к УУ для обеспечения требуемого значения управляемой величины.

U – управляющее воздействие, прикладываемое к О с целью приведения в соответствие управляемой величины У с задающим воздействием Х.

У - управляемая величина, характеризует состояние О.

6.2. Задачи автоматического управления

· Контроль

Функции систем автоматического контроля технологических параметров.– сбор, обработка, передача и представление информации о оператору состоянии объекта.

Работа таких систем осуществляется без вмешательства человека. По этому признаку их относят к САУ. Пожалуй, это самый большой и самый простой в реализации класс систем. На производстве, системы контроля обязательно присутствуют.

· Сигнализация

Автоматические системы сигнализации более сложные, чем системы контроля, хотя и выполняют их функции. Отличительной чертой этих систем является наличие, наряду с системой контроля, порогового устройства. При превышении контролируемого параметра выше заданного уровня, срабатывает сигнальное устройство, например, сирена.

· Программное управление.

В системах программного управления задающее (входное) воздействие x_з(t) изменяется во времени по заданному закону. Например, автоматические системы управления роботами. Предметом управления является координация манипуляторов робота во времени и пространстве.

По такой схеме работают, например, станки с программным управлением, копировальные станки, системы выведения баллистических ракет на околоземные орбиты и др.

· Стабилизация.

Стабилизация - это поддержание постоянной выходной величины, характеризующей объект, вопреки действующим на него возмущениям.

Стабилизация состоит в том, что САУ компенсирует влияние возмущений на управляемую величину. Это значит, что если возмущение, поступающее на объект, изменяет управляемую величину, то правильно работающая система через сравнительно короткое время возвращает управляемую величину к исходному значению.

Именно такое управление обеспечивается в системах управления технологическими процессами. Например, система поддержания постоянных параметров технологического процесса – температуры, давления, скорости и т.п.

· Слежение.

Слежение – это изменение управляемой величины y(t), характеризующей объект в соответствии с задающей величиной x_з(t), которая является случайной функцией времени.

Следящие системы используются для отработки возмущений, характер которых неизвестен заранее. Например, управление радиолокационной станцией в режиме слежения за целью.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒