Основные термины и определения регулирования 

Основные термины и определения регулирования

В данном разделе приводятся основные термины и определения, используемые в теории
автоматического управления (ТАУ).Современные системы управления технологическими процессами характеризуются большимколичеством и разнообразием технологических параметров, систем регулирования и обьектоврегулирования.

Параметр технологического процесса – физическая величина технологического процесса, например, температура, давление, расход, уровень, обьем, масса, рН, напряжение и т.д. На рис.1 (Структурная схема простейшей системы регулирования) даннаявеличина указана как X или PV=X, где PV – Process Variable – переменная процесса.Данный параметр называется входным воздействием (Х) - подаваемым на вход системы или устройства управления.

Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным, или
изменять по заданной программе, или изменять по определенному закону, называется - регулируемымпараметром.Значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется мгновеннымзначением.Значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени на основанииданных некоторого измерительного прибора называется ее измеренным значением.

Измеряемый и (или) регулируемый параметр технологического процесса может преобразовыватьсяпервичным прибором (датчиком) в какой-либо унифицированный сигнал. Если датчик выдаетнеунифицированный сигнал (например, термопары, термопреобразователи сопротивления, тензодатчики идр.), то для приведения его к стандартному диапазону должен быть установлен соответствующийнормализатор преобразователь) сигналов. Также можно использовать измерители-регуляторы суниверсальным входом, которые поддерживают подключение большинства наиболее распространенныхтипов первичных приборов (датчиков) без использования нормализаторов сигналов.

Обьект управления (ОУ) или обьект регулирования – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.

Управление – формирование управляющих воздействий по определенному закону, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

Автоматическое управление – управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.

Регулятор – устройство, обеспечивающее поддержание заданного значения (SP) регулируемой величины (PV) или автоматическое изменение ее по заданному закону.

Задача регулирования – доведение выходной величины X обьекта регулирования до заранее определенного значения SP и удержания ее на данном значении с учетом влияния возмущающих воздействий.

Система автоматического регулирования (САР) – автоматическая система с замкнутойцепью воздействия (см. рис Структурная схема простейшей системы регулирования), в котором управление Y вырабатывается в результате сравнения истинногозначения (PV=X) с заданным значением SP. Основное назначение САР заключается в поддержаниизаданного постоянного значения регулируемого параметра или изменение его по определенному закону.

Дополнительная связь в структурной схеме САР (см. рис.1 Структурная схема простейшей системы регулирования), направленная от выхода к входу, называется обратной связью (ОС). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.

Выходное воздействие (Y) – воздействие, выдаваемое на выходе системы управления илиустройства регулирования.В литературе по автоматизации также встречаются аббревиатуры, соответствующие данномуопределению:
MV – Manipulated Variable – регулируемая (выходная) переменная, CO – Controlled Output - регулируемая (выходная) переменная или мощность.

Задающее воздействие (SP – Set Point Value, W, Wx, Wv) – воздействие на систему,определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины.

Возмущающее воздействие (Z) – воздействие, стремящееся нарушить функциональнуюсвязь между задающим воздействием и регулируемой величиной.

Замечание
Главное назначение систем автоматической стабилизации – компенсация внешних возмущающихвоздействий.
  1. Виды возмущающих воздействий, действующие на систему стабилизации (систему управления), приведены в таблице 1:
    Таблица 1 - Виды возмущающих воздействий, действующие на систему стабилизации
  2. Вид возмущающего
    воздействия
    Действие системы
    управления
    Примечания
    1 Возмущения со стороны
    нагрузки на технологический
    обьект
    Компенсация внешнего
    возмущения
    Наиболее неприятным случаем является
    возмущение по нагрузке, т. к. при этом:
    1) обычно неизвестно место приложения
    возмущения;
    2) неизвестен момент подачи возмущения;
    3) неизвестен характер или вид
    возмущающей функции.
    2 Возмущения в виде изменения
    сигнала задания на регулятор
    Точная отработка
    сигнала задания
     
  3. Классификация видов возмущающих воздействий, действующих на систему управления или
    регулирования, приведена в таблице 2:
    Таблица 2 - Классификация видов возмущающих воздействий
    Классификация Вид возмущающего
    воздействия
    Место приложения
    возмущения
    Примечания
    1 По характеру
    изменения во
    времени
    ? медленно
    меняющиеся
    ? импульсные
    ? случайные
       
      ? низкочастотные
    случайные
    возмущения
    Поступают на вход
    обьекта управления
     
    ? высокочастотные
    (шумы)
    Поступают на выход
    обьекта управления
    Необходима фильтрация шумов
Примечания.
  1. В зависимости от характера преобладающих возмущений и типа системы управления выбирается и соответствующий критерий оптимизации настроек регулятора.
  2. На практике возмущения по нагрузке чаще всего компенсируются соответствующим
    перемещением регулирующего органа, изменяющего расход вещества или количества подводимой энергии к обьекту управления. Поэтому такое возмущение и приводят ко входу обьекта, а его величину измеряют в процентах хода регулирующего органа.

Рассогласование регулирования (E = SP-PV = SP-X) – разность между заданным (SP) идействительным (PV) значением регулируемой величины.

Отклонение регулирования (E = PV-SP = X-SP) – разность между действительным (PV)значением и заданным (SP) значением регулируемой величины.

Статическое регулирование. При статическом регулировании регулируемая величина(например, температура), находящаяся под влиянием различных внешних воздействий (подача напряженияна ТЭН или подача охлаждающей жидкости) на регулируемый объект по окончании переходного процесса,принимает неодинаковые значения, зависящие от величины воздействия.

Характерные особенности статической системы регулирования следующие:

  1. равновесие системы возможно при различных значениях регулируемой величины;
  2. каждому значению регулируемой величины соответствует определенное положение регулирующего органа.

Астатическое регулирование. При астатическом регулировании нет определенной связимежду положением регулирующего органа и установившимся значением регулируемой величины. При астатическом регулировании при различных по величине значениях внешнего возмущающеговоздействия (нагрузки) на объект по окончании переходного процесса восстанавливается значениерегулируемой величины.

Характерные особенности астатической системы регулирования следующие:

  1. равновесие системы возможно только при единственном значении регулируемой величины (например, уровня), причем это значение.равно заданному;
  2. регулирующий орган (например, клапан, заслонка) должен иметь возможность заниматьразличные положения при неизменном значении регулируемой величины.

У астатических регуляторов отсутствует статическая ошибка и регулируемая величина остаетсяравной заданной с точностью, соответствующей нечувствительности регулятора для всех равновесныхсостояний системы.