Основные определения теории автоматического регулирования.

Основные определения теории автоматического регулирования

Теория автоматического регулирования изучает принципы построения и работы систем, которые автоматически поддерживают заданное значение регулируемой величины или изменяют её по заданному закону без постоянного участия человека.

Основные понятия

1. Объект регулирования

Объект регулирования — устройство, установка или технологический процесс, состояние которого необходимо поддерживать или изменять.

Примеры:

• печь;

• резервуар;

• электродвигатель;

• теплообменник;

• трубопровод.

2. Регулируемая величина

Регулируемая величина — параметр объекта, который необходимо поддерживать на заданном уровне.

Например:

• температура;

• давление;

• уровень;

• расход;

• скорость вращения.

Обозначается, например:

y(t)y(t)

3. Задающее воздействие

Задающее воздействие — требуемое значение регулируемой величины.

Обычно обозначается:

r(t)r(t)

или

xзадx_{зад}

Например:

4. Ошибка регулирования

Ошибка — разность между заданным и фактическим значением:

e(t)=r(t)−y(t)e(t)=r(t)-y(t)

Если:

e(t)=0e(t)=0

то регулируемая величина соответствует заданию.

5. Регулятор

Регулятор — устройство, которое получает сигнал ошибки и формирует управляющее воздействие на объект.

Например:

Регуляторы могут быть:

• П;

• И;

• ПИ;

• ПД;

• ПИД.

6. Управляющее воздействие

Управляющее воздействие — сигнал, с помощью которого изменяется состояние объекта.

Обычно обозначается:

u(t)u(t)

Например:

• положение клапана;

• мощность нагревателя;

• частота преобразователя;

• напряжение на двигателе.

7. Возмущающее воздействие

Возмущение — внешнее воздействие, которое изменяет состояние объекта и мешает поддерживать заданное значение.

Обозначается:

f(t)f(t)

Примеры:

• изменение нагрузки;

• изменение температуры окружающей среды;

• изменение давления;

• изменение расхода сырья.

Система автоматического регулирования

Система автоматического регулирования — САР — совокупность объекта регулирования, регулятора, датчиков и исполнительных устройств, обеспечивающих автоматическое поддержание заданного режима.

Упрощённо:

Обратная связь

Обратная связь — передача информации о фактическом состоянии объекта обратно на вход системы.

Она позволяет сравнивать:

y(t)

с заданием:

r(t)

и автоматически корректировать управление.

В системах регулирования чаще используется отрицательная обратная связь.

Разомкнутая система

В разомкнутой системе результат работы не контролируется.

Обратной связи нет.

Если возникнет возмущение, система сама его не компенсирует.

Замкнутая система

В замкнутой системе имеется обратная связь.

Фактический результат сравнивается с заданным.

При появлении ошибки система автоматически изменяет управляющее воздействие.

Переходный процесс

Переходный процесс — процесс изменения регулируемой величины после изменения задания или появления возмущения до установления нового режима.

Например, после задания температуры 80 °C температура постепенно увеличивается:

Установившийся режим

Установившийся режим — состояние системы после окончания переходного процесса, когда регулируемая величина практически перестаёт изменяться или изменяется по заданному закону.

Устойчивость системы

Устойчивость — способность системы после возмущения возвращаться к установившемуся состоянию.

Если после отклонения параметр возвращается к заданному значению, система устойчива.

Если колебания постоянно увеличиваются, система неустойчива.

Качество регулирования

Качество регулирования оценивается по таким параметрам, как:

• время регулирования;

• максимальное отклонение;

• перерегулирование;

• установившаяся ошибка;

• колебательность.

Установившаяся ошибка

Это разница между заданным и фактическим значением после завершения переходного процесса.

e_уст=r−y

Передаточная функция

Передаточная функция характеризует динамические свойства элемента или системы.

Для линейной системы:

W(s)=Y(s)/X(s)

при нулевых начальных условиях.

Она показывает, как входное воздействие преобразуется в выходное.

Основные элементы САР

В типичной системе можно выделить:

1. задающее устройство;

2. элемент сравнения;

3. регулятор;

4. исполнительный механизм;

5. объект регулирования;

6. датчик;

7. канал обратной связи.

Кратко для ответа по билету

Теория автоматического регулирования изучает системы, автоматически поддерживающие заданные параметры объекта.

Основные понятия: объект регулирования, регулируемая величина, задающее воздействие, ошибка регулирования, регулятор, управляющее воздействие, возмущение и обратная связь.

Ошибка определяется:

e(t)=r(t)−y(t)

В замкнутой системе фактическое значение параметра возвращается по обратной связи и сравнивается с заданным. Основными характеристиками системы являются устойчивость, точность и качество переходного процесса.