Система автоматического управления кратко

Обновлено: 04.07.2024

САУ предназначены для решения основной задачи управления – достиженияопределённой цели. При этом весь процесс управления сводится к трем основным действиям:

1. - Получение информации о состоянии объекта управления (объекта автоматизации). При этом информация должна поступать непрерывно и с достаточно высокой точностью.

2. - Переработка этой информации для принятия решения на соответствующее управление объектом автоматизации, в зависимости от его состояния на данный момент времени.

3. - Передача информации в виде сигнала управления на объект автоматизации, чтобы осуществить на него необходимое определённое воздействие.

На рис.8.1 представлена обобщённая структура взаимосвязи САУ и объекта автоматизации, работа которого характеризуется, прежде всего, его выходными параметрами – х_вых._.

Рис.8.1. Структурная схема взаимосвязи объекта автоматизации

и системы автоматического управления

Здесь х_вх - входная величина, представляющая собой требуемоеуправляющее воздействие, с помощью которого должна достигаться основная цель управления. При этом на объект автоматизации всегда может действовать какое-либо возмущающее воздействие - z_в , изменяющее выходные параметры объекта.Следует заметить, что природа подобных воздействий часто зависит и от характера самого объекта автоматизации, а они могут быть как полезными, так и вредными. Поэтому система автоматического управления, в зависимости от входной величины и с учетом возмущающих воздействий, должна вырабатывать соответствующий сигнал управления – х_у, закон изменения которого получил название алгоритм управления.

В теории САУ различают два класса алгоритма управления:

- детерминированный, т.е. наперед заданный определённой последовательностью и соответствующей программой алгоритм;

- информационный, т.е. переменный алгоритм управления в зависимости от окружающих условий работы объекта автоматизации. Этот класс более сложный и, очень часто используется совместно с электронными вычислительными машинами (ЭВМ).

Все системы автоматического управления делятся на следующие классификационные группы:

1. Системы оптимальные по быстродействию, в которых управление объектом осуществляется за минимально возможное время.

2. Системы программного управления, осуществляющие управление по заранее составленной определённой программе. При этом требуемая программа, чаще всего в настоящее время, задается в цифровом виде с помощью специального задающего устройства

3. Экстремальные системы, в которых управляемые параметры объекта выводятся на максимальные или минимальные значения и там удерживаются. В такие системы включается специальное устройство, которое определяет отклонение регулируемого параметра от экстремального значения и формирует в связи с этим соответствующий сигнал управления

4. Функциональные системы. В них управление объектом автоматизации осуществляется только при выполнении определённых, заранее заданных, функциональных зависимостей или предварительных расчётов.

Системы автоматического управления в зависимости от их структуры могут быть, прежде всего, разомкнутые,в которых нет контроля выходных параметров объекта автоматизации. В таких системах отсутствует обратная связь (ОС). Но в настоящее время наиболее широко применяются замкнутые системы автоматического управления.

В замкнутых системах автоматического управления осуществляется непрерывный контроль выходных параметров объекта автоматизации. Для этого в такие системы вводится обратная связь, представляющая собой, чаще всего, измерительную систему, т.е. систему контроля, которая по своей структуре может быть, в некоторых случаях, сложнее самой системы управления. Но при этом в замкнутых системах исключается влияние многих возмущающих воздействий, действующих на объект автоматизации.

Широко применяются системы автоматического управления в строительно-дорожных машинах с гидравлическим силовым приводом, некоторым из которых посвящен последний раздел настоящего учебного пособия

.Следует заметить, что структура систем автоматического регулирования, которым уделено внимание в следующем подразделе, подобна структуре систем управления. Для расчета и тех и других используется один и тот же математический аппарат и аналогичные методы исследования, но отличие этих систем друг от друга можно проследить на следующем графике (рис.8.2).

Рис. 8.2. Сравнительное назначение и отличие САУ и САР

Допустим, что какой-либо объект необходимо переместить из точки А в точку В. Это перемещение по соответствующей траектории, в зависимости от классификационной группы и выполняет система автоматического управления (САУ). Но после перемещения в точку В необходимо объект в этой точке удержать, и вот это удержание выполняется с помощью системы автоматического регулирования (САР).

Из этого следует, что системы автоматического управления более сложные, чем системы автоматического регулирования, так как их работа связана с более значительными перемещениями, как самого объекта, так и диапазона изменения его управляемых (или регулируемых) параметров.

Поскольку программа нашей дисциплины посвящена основам автоматики и автоматизации, остановимся в дальнейшем только на рассмотрении структуры систем автоматического регулирования, их устройству и работе применительно к конкретным условиям их применения.

8.2 Системы автоматического регулирования (САР)

Основное назначение САР заключается в поддержании выходных параметров объекта автоматизации на определенном заданном уровне или изменение этих параметров по определенному закону.

Как и системы автоматического управления системы регулирования бывают также разомкнутыми и замкнутыми, т.е. с элементами обратной связи и без них.

Так в разомкнутых системах регулирования для компенсации вредных возмущающих воздействий, действующих на объект автоматизации, часто используют специальные корректирующие устройства - КУ, подключаемые на вход системы согласно рис.8.3.

Рис. 8.3 Структура САР с корректирующим устройством

Здесь самый первый элемент на входе системы регулирования выполняет функции суммирующего устройства , которое вырабатывает сигнал х₁, равный сумме входного сигнала х_вх и сигнала, поступающего с корректирующего устройства. С учетом этого возмущающего воздействия и входного сигнала и САР вырабатывает соответствующий сигнал регулирования х_р для дальнейшего воздействия на объект регулирования.

Но все возмущающие воздействия в разомкнутой системе скомпенсировать не удается. Поэтому большинство современных систем и регулирования и управления структурно строятся, в основном, замкнутыми, т.е. с использованием обратной связи – ОС (рис.8.4).

Рис.8.4. Структурная схема замкнутой САР

С помощью обратной связи в таких системах осуществляется постоянный контроль выходных параметров объекта управления или регулирования и вырабатывается соответствующий сигнал обратной связи х_ос_, поступающийна элемент сравнения, где он непрерывно сравнивается с входной величиной х_вх , поступающегос задающего устройства, и вырабатывается разностный сигнал ∆х = х_вх – х_ос и, в соответствии с этим, сигналом х_р система регулирования воздействует на объект автоматизации.

В некоторых случаях системы автоматического регулирования структурно строятся комбинированными, т.е. с компенсацией ошибок, в которых используются два принципа регулирования - по замкнутому и по разомкнутому циклу регулирования (рис.8.5).

Рис.8.5. Структурная схема комбинированной САР

Но такие системы более сложные, что требует кроме материальных затрат на их изготовление и более дорогое их обслуживание. Так на рис.8.6 представлена наиболее полная структура большинства систем автоматического регулирования и управления с функциональной взаимосвязью всех элементов, составляющих эти системы. Подобная, достаточно сложная, структура таких систем используется, чтобы обеспечить их устойчивость и более высокие показатели качества при эксплуатации.

РРис.8.6. Структурная схема систем автоматического

управления и регулирования

ЗУ – задающее устройство, с помощью которого устанавливается требуемое значение выходных параметров на объекте автоматизации ОА (управления или регулирования).

КУ₁ – корректирующее устройство для компенсации возмущающего воздействия z_в на объект автоматизации.

ИЭ – исполнительный элемент, оказывающий непосредственное воздействие на объект автоматизации.

ГОС – главная обратная связь, с помощью которой осуществляется постоянный контроль выходных параметров объекта автоматизации х_вых.

У – усилитель, предназначенный для усиления сигнала х_2..

МОС – местная обратная связь (параллельное корректирующее устройство) для улучшения качества используемого в системе усилителя.

КУ₂ – последовательное корректирующее устройство для дополнительной обработки сигнала ошибки ∆х.

Однако, при дальнейшем рассмотрении систем автоматического регулирования (а также управления) за их основу примем более общую (ключевую) структурную схему (рис.8.7), составленную только из основных функциональных узлов, таких как: задающее устройство ЗУ, элемент сравнения ЭС, усилитель У, если он необходим,исполнительный элемент ИЭ и элемент обратной связи ОС.

Рис.8.7. Структурная схема системы автоматического управления и регулирования, представленная только основными элементами.

В зависимости от назначения и работы все системы автоматического регулирования делятся на следующие три основные классификационные группы:

1. Системы автоматической стабилизации, в которых выходная величина на объекте автоматизации поддерживается постоянной.

2.Системы программного регулирования. В таких системах выходные параметры объекта автоматизации изменяются по заранее составленной программе. При этом сама программа может задаваться либо с помощью специальных копиров или чертежей, либо, чаще всего, в цифровом виде с использованием современных носителей информации.

3.Следящие системы, в которых закон изменения входной величины х_вх, поступающей на вход задающего устройства, заранее неизвестен и может в процессе работы непрерывно изменяться в зависимости от окружающих условий. Но при этом система регулирования должна следить за этими изменениями и в соответствии с ними регулировать выходные параметры объекта автоматизации.

Перечисленная классификация систем автоматического регулирования, в конечном счёте, определяется характером задающего устройства, используемого в системе. Так в системах автоматической стабилизации задающее устройство вырабатывает постоянный по величине сигнал (х_зад = const ).

В системах программного регулирования сигнал с задающего устройства изменяется ( х _зад = var ), но по заранее составленной определенной программе.

В следящих системах величина заданного сигнала зависит от неизвестного по величине входного воздействия, поступающего на вход задающего устройства. А система регулирования, в результате, определяет это воздействие (т.е. отслеживает его) и вырабатывает соответствующий сигнал регулирования - х_р в соответствии с законом изменения этого входного воздействия.

САУ — это система автоматического управления, в которую входит автоматизированное управляющее устройство и любой объект, которым необходимо управлять.

Классификация САУ идет по функции и методике управления. По системе управления выделяется два главных типа – адаптивный (иначе – самонастраивающийся) и обыкновенный (без функции самонастройки).

Стандартные системы автоматического управления

Их относят к самым простым, а потому – проверенным временем. В результате именно они нашли самое широкое применение в промышленности (допустим, для автоматизации промышленных процессов на заводах и фабриках). Примечательно, что управление сау очень простое. Укажем, что данный класс включает в себя три подкласса:

замкнутый,
разомкнутый,
комбинированный.

Важно: разомкнутая система делиться на САЖУ (систему автоматизированного жесткого управления) и систему, отвечающую за управление по возмущению.

В разомкнутом типе САЖУ регулятор всегда действует на управляемый объект, сигнал будет одинаковым не зависящим от результата. У второго же учитывается определенное внешнее возмущение, что позволяет выработать управляющее воздействие, а значит – менять результат.

Пример – система отопления цеха. Если используется разомкнутый тип с управлением по возмущению, то температура внутри цеха будет регулироваться в зависимости от того, какая температура воздуха вне помещения.

Укажем, что замкнутые регулирующие системы (которые работают по принципу отклонения), имеют и другое название – САР (система автоматического регулирования). Их отличие – замкнутый контур прохождения сигнала (обратный канал для передачи информации относительно состояния регулируемой величины на вход сравнивающего элемента). Применяются, чтобы стабилизировать регулируемую величину, плюс для изменения этой самой величины по программе (которая может быть как известной заранее, так и неизвестной).

Важно: передаточная функция сау распространена больше всего и использует интегральное преобразование Лапласа.

САР стабилизирующего типа имеют постоянное значение величины – изменить его нельзя. Хороший пример – регулирование температуры в промышленной термической печи. Программные же САР позволяют менять регулируемую величину в соответствии с программой, которая была внесена ранее. С помощью следящих систем можно изменить ранее заданное значение, которое необходимо регулировать, во времени по программе, которая не известна заранее. Это дает больший контроль, но и повышает погрешность.

САР программные и следящие имеют иной принцип обработки задающего сигнала, нежели системы стабилизирующего типа.

Лучший пример следящей системы – поддержание точного процентного соотношения топлива и воздуха в нагревательных или топливных печах.

Комбинированный тип, как это понятно из названия, может сочетать преимущества обоих управляющих систем, что повышает точность управления. И позволяет снизить негативное влияние тех возмущений, которые не были учтены на момент составления программы.

Если вас интересует передаточная функция замкнутой сау, то необходимо изучить правила эквивалентных преобразований структурных схем. Или поговорить со специалистом, чтобы он смог проще объяснить все это, не прибегая к математическим формулам.

Адаптивные системы

Если вы заинтересовались тем, как управлять САУ адаптивного типа, то для начала следует понять, что здесь есть три подкласса:

экстремальный;
самонастройка параметров;
самонастройка структуры.

Экстремальное регулирование – это стабилизирующая система, следящая или имеющая программное управление. При этом используется настройка (закон или программа), которая способна измениться под воздействием разных факторов и возмущений. В результате программа позволяет системе автоматически выйти на наилучший режим работы.

Сама же система отличается наличием специального устройства автоматического поиска, которое может анализировать некоторые характеристики объекта. По этому анализу и подается нужный сигнал, что позволяет получить нужное значение, имеющее экстремальную величину.

Система с самонастройкой своих параметров может изменить ряд параметров управления, для повышения стабильности работы всей системы. Естественно, чтобы обеспечить такой результат используется определенная программа расчетов.

Самонастройка структуры дает возможность переключать элементы в схеме соединения. Или даже ввести ряд новых элементов. В результате задача будет решена наилучшим образом.

Функциональная классификация

Тут есть всего 4 класса систем управления:

Координирование работы механизмов;
Регулировка параметров технологических процессов;
Автоматический контроль;
Автоматическая защита и блокировка.

Вывод

Такие системы используются, чтобы максимально автоматизировать самые разные процессы на производстве. Но кроме того они необходимы и для работы сложных механизмов. Если у вас возникли вопросы (например, как работает сигнализатор уровня САУ М6 или что-то похожее), то обращайтесь исключительно к специалистам. Только они смогут более подробно объяснить, как работает та или иная система, и какую из них лучше использовать в каждом конкретном случае.

Кстати, если вы собираетесь заказать монтаж таких систем, то лучшим вариантом станет выбор ООО ГОРИНКОМ. Обратитесь туда и все ваши проблемы будут решены.

(САУ) - комплекс устройств, предназнач. для автоматич. изменения одного или неск. параметров объекта управления с целью установления требуемого режима его работы. САУ обеспечивает поддержание постоянства заданных значений регулируемых параметров или их изменение по заданному закону (системы стабилизации, программного управления, следящие системы) либо оптимизирует определ. критерий качества управления (системы экстрем. регулирования, оптим. управления). При значит. изменениях параметров объекта управления и хар-к возмущений и помех применяются самонастраивающиеся системы. Для осуществления цели управления с учётом особенностей управляемых объектов на них подаются управляющие воздействия, к-рые предназначены также для компенсации внеш.возмущающих воздействий, стремящихся нарушить норм. функционирование объекта. Управляющие воздействия вырабатываются устройством управления.

По типу управления САУ подразделяются на замкнутые, разомкнутые и комбинированные. Осн. тип САУ - замкнутые, в к-рых цепь прохождения сигналов образует замкнутый контур, включающий устройство управления и управляемый объект; отклонения управляемой величины от желаемых значений компенсируются воздействием через обратную связь вне зависимости от причин, вызвавших эта отклонения. Такое управление наз. управлением по отклонению. В разомкнутых САУ управление ведётся по жёсткой программе без анализа и учёта к.-л. факторов в процессе работы управляемого объекта - на устройство управления не поступают сигналы, несущие информацию о текущем состоянии объекта управления, иногда измеряются и компенсируются лишь главные из возмущений (помех). Такое управление наз. управлением по возмущению. В комбинированных САУ используются оба эти принципа управления (по отклонению и по возмущению). В САУ сложными технич. системами (напр., производств. и энергетич. комплексами, трансп. средствами) или технологич. процессами с большим числом регулируемых параметров широко применяются средства вычислит. техники - микропроцессоры, ЭВМ, управляющие машины.

Смотреть что такое СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ в других словарях:

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Система автоматического управления (САУ) – совокупность устройств автоматики и объектов управления осуществляющая автоматическое управление объектом или процессом для достижения поставленных целей. Такая система функционирует без непосредственного участия человека. За человеком остаются функции наблюдения, контроля, обслуживания.

[Автоматизация процессов. Электронный курс. Национальная учебная программа по электронике и автоматике. В. Пурро, А. Седжакин, Таллиннский Политехник. 2013]

Система автоматического управления – совокупность регулятора, датчика и объекта управления, в которой обычно используется принцип обратной связи. Обеспечивает стабилизацию некоторого технологического параметра или его изменение по заданному закону.

Система автоматического управления (automatic control system) -— совокупность устройств, предназначенных для автоматического изменения некоторой физической величины, характеризующей технологический процесс. Например, в электроприводе такой величиной может быть любая координата электропривода. С.а.у. обеспечивает поддержание с требуемой точностью постоянства заданного значения регулируемой координаты или ее изменение по заданному закону;

оптимизирует работу объекта управления в соответствии с определенным критерием качества управления;

изменяет уставки, параметры регуляторов, структуру, алгоритм функционирования с целью достижения требуемого качества управления при изменении параметров С.а.у. и условий эксплуатации.

[Электрический привод. Термины и определения / под ред. С.К. Козырева. — М.: Издательство МЭИ, 2015. — 96 с.]

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system, autopilot system* * *automatic-control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

(станками) Sinumerik, Steuerungssystem

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

жautomatisches Steuerungssystem (n)

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

sistema di comando automatico

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

sistema de mando automático, sistema de dirección automática

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

автоматтық түрде басқару жүйесі

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

f automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

otomatik kontrol sistemi

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

автоматты басқару жүйесі

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

automatic control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВАРИЙНОЙ ПОДВОДНОЙ ЛОДКОЙ

submarine safety monitoring system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГТД

Систе́ма автомати́ческого управле́ния ГТД совокупность устройств, автоматически обеспечивающих выполнение с требуемой точностью выбранных программ уп. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГТД

Система автоматического управления ГТД совокупность устройств, автоматически обеспечивающих выполнение с требуемой точностью выбранных программ упра. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ

auto start system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАХОДОМ НА ПОСАДКУ

automatic approach system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

(САУ ЛА), техн. средства, функционально объединённые для обеспечения полёта самолётов и вертолётов по заданной траектории и с заданной скоростью в авто. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТОЙ ГЕНЕРАТОРОВ

generator autoparalleling system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ

auto flight control system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОСАДКОЙ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАСХО

automatic fuel management system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТОПЛИВА

automatic fuel management system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОМ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (САУ)

". Система автоматического управления (САУ): комплекс средств микропроцессорной и вычислительной техники, осуществляющей автоматическое управление отд. смотреть

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ С ПОСТОЯННЫМИ СВЯЗЯМИ

permanently wired automatic system

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ МЕХАНИЗ

комплекс взаимосвязанных устройств, осуществляющих автоматическое поддержание при меняющихся внешних условиях заданного режима работы механизма или агрегата либо изменение этого режима по определенному закону. Судовой агрегат или механизм, режим работы которого управляется автоматически, называется объектом автоматического управления, а физическая величина, которую необходимо при управлении поддерживать в заданных пределах или изменять по некоторому закону, — управляемой величиной. Для осуществления функций управления требуются устройства (манометр, термометр и т. д.), измеряющие значения управляемой величины, и регулирующий орган (клапан, задвижка, реостат и т. д.), позволяющий осуществлять управляющее воздействие на объект. При ручном управлении человек-оператор, наблюдая за показаниями измерительного устройства, воздействует на регулирующий орган, управляя работой механизма или агрегата. При автоматическом управлении эту функцию выполняет автоматическое управляющее устройство (АУУ), включающее измерительное устройство, регулирующий орган и механизм связи между ними, состоящий из усилителей и преобразователей сигналов, вычислительных устройств и др. АУУ совместно с объектом автоматического управления образуют систему автоматического управления (САУ). В САУ частотой вращения судового двигателя объектом автоматического управления служит двигатель, управляемой величиной — частота вращения вала двигателя, измеряемая центробежным маятником. При возрастании частоты вращения центробежная сила раздвигает грузы, преодолевая натяжение пружины. В результате муфта поднимается, перемещая с помощью рычага заслонку (регулирующий орган) и уменьшая подачу топлива. При падении частоты вращения движение происходит в обратном порядке. САУ судовыми механизмами и агрегатами классифицируются по цели управления, типу контура управления, характеру представления сигналов. По цели управления различают: системы автоматического регулирования (САР), предназначенные для поддержания постоянного значения управляемой величины; программные системы, в которых управляемая величина изменяется по заранее заданной программе; следящие системы, предназначенные для изменения управляемой величины по произвольно задаваемому в каждый момент времени закону; адаптивные системы, самостоятельно осуществляющие отыскание оптимального режима работы механизма и затем поддерживающие этот режим. Управляющее устройство САР называют автоматическим регулятором. По типу контура управления основными являются САУ с замкнутым контуром управления, в которых определяется информация о состоянии объекта управления (напр., отклонение управляемой величины от заданного значения) и в зависимости от этой информации осуществляется управляющее воздействие на объект. При этом реализуется принцип управления по обратной связи: АУУ воздействует на объект через регулирующий орган, объект оказывает обратное воздействие на АУУ через измерительное устройство. Существуют разомкнутые САУ, в которых управляющее воздействие на объект является функцией некоторого внешнего для объекта воздействия (возмущающего воздействия или управляющего сигнала). По характеру представления сигналов различают непрерывные и дискретные САУ. В последних один из элементов преобразует поступающий к нему непрерывный во времени и по уровню сигнал в последовательность дискретных (отдельных) или дискретно-непрерывных сигналов. Дискретные сигналы могут служить кодами чисел, что позволяет включать в состав САУ устройства вычислительной техники. смотреть

Автоматическое регулирование и управление

В современном мире очень трудно найти технологический процесс, который не был бы автоматизирован. Автоматизация любого технологического процесса подразумевает его контроль, управление, регулирование, сигнализацию, защиту и блокировку. В этой статье рассмотрим основы автоматического управления и регулирования.

В окружающем нас мире повсюду протекают различные процессы управления. В управлении нуждается всё: физический или химический процесс, отдельная технологическая установка, производство в целом, промышленность и так далее. Даже общественные отношения. Управление на сегодняшний день является самым сложным видом человеческой деятельности.

Нет такой отрасли промышленности, где бы не применялись системы автоматического регулирования и управления. Эти системы разнообразны и по характеру решаемых ими задач и по исполнению.

Автоматическое регулирование

Регулирование – это поддержание постоянным значения некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение его по заданному закону, осуществляемое с помощью изменения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта.

Системы автоматического регулирования (САР) предназначаются для автоматического поддержания заданного режима технологического процесса или изменения его во времени по заранее заданному или задаваемому в зависимости от каких-то условий закону. При этом имеется в виду, что внешние условия нарушают заданный закон протекания процесса, а система автоматического регулирования стремится его выполнить, преодолевая влияние внешних факторов.

Под объектом регулирования понимают аппарат (станок, машину), в котором один или несколько физических параметров должны изменяться по заданным законам при любых возможных внешних условиях. Объектом регулирования могут быть:

нагревательная печь, в которой температура должна оставаться постоянной или изменяться по заданному закону;

бак, в котором должен поддерживаться заданный уровень жидкости при изменениях ее расхода из бака;

электрический двигатель, скорость которого должна оставаться постоянной при изменениях момента сопротивления.

Физические величины, закон изменения которых осуществляется автоматическим устройством, называются регулируемыми величинами. Устройство, автоматически поддерживающее заданный закон изменения регулируемой величины, называется автоматическим регулятором.

Заданный закон изменения регулируемой величины вырабатывается специальным задающим устройством (задатчиком). Воздействие задатчика на регулятор называется задающим воздействием.

Автоматический регулятор постоянно сравнивает текущее значение регулируемой величины с заданным (уставкой) и при наличии рассогласования вырабатывает регулирующее воздействие. Если регулируемая величина отклоняется от заданного значения, управляющий орган воздействует на исполнительный механизм так, чтобы рассогласование между заданным и действительным протеканием процесса было ликвидировано. Человек в эту систему непосредственно вмешаться не может, возможно только косвенное участие – посредством изменения уставки.

Нарушение заданного закона протекания технологического процесса происходит в основном из-за внешних воздействий на объект, которые называют возмущающими воздействиями. К ним относятся изменения момента сопротивления на валу двигателя, расхода воды из бака, качества топлива или массы нагреваемых изделий в печи и т. д.

Чаще всего устройства автоматического регулирования — системы замкнутые (управление по отклонению). Сигнал, появившись в любой точке замкнутого контура, проходит все звенья системы и возвращается в место своего возникновения (в преобразованном виде). Но бывают и разомкнутые системы (управление по возмущению).

В результате этого в системах регулирования могут возникать колебания, в том числе колебания регулируемой величины. Если колебания возрастают, система называется неустойчивой и является неработоспособной. Поэтому первое требование к системам автоматического регулирования — обеспечение устойчивости регулирования, т. е. обеспечение затухания колебаний, возникающих в системе.

Необходимо также, чтобы выведенная из состояния равновесия возмущающими воздействиями система регулирования вернулась к заданному положению равновесия возможно точнее и возможно быстрее. Пути построения систем, отвечающих перечисленным требованиям, определяет теория автоматического регулирования.

Системы автоматического регулирования делятся по характеру задающего воздействия. Когда регулируемая величина должна быть постоянна, то систему называют системой автоматической стабилизации (или просто системой регулирования). Сюда относятся системы сохранения уровня воды в баке, скорости вращения двигателя и др.

Если регулируемая величина изменяется и заранее известен закон (программа) изменения задающего воздействия, система называется системой программного регулирования. Она может, например, осуществлять автоматическое изменение температуры в печи по заранее заданной программе.

Если регулируемая величина изменяется, но заранее не известен закон изменения задающего воздействия, систему регулирования называют следящей системой. К следящим системам в известном смысле можно отнести автоматические потенциометры и мосты.

В автоматическом потенциометре реверсивный двигатель через ползунок реохорда воздействует на измерительный мост так, чтобы напряжение на выходе позднего изменялось соответственно всем изменениям термо-э. д. с. Очевидно, что термо-э. д. с. изменяется по закону, неизвестному заранее, иначе не нужен был бы сам измерительный прибор.

Характер воздействия регулирующего органа на объект бывает непрерывным и прерывистым. Последнее происходит, когда в системе регулирования применяются реле или специальные импульсные устройства.

Простейшими регуляторами прерывистого действия являются двухпозиционные регуляторы. Такое название они получили потому, что их регулирующий орган может занимать только два положения (позиции). Очень часто эти позиции соответствуют максимальной и минимальной подаче сырья или энергии в объект.

Для регулирования непрерывных процессов наиболее часто используют физические или программные ПИД-регуляторы.

Автоматическое управление

Управление – это процесс выработки управляющих воздействий по переводу объекта управления в желаемое состояние.

Более полное определение: это осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления. Эти последние слова в данной ситуации являются ключевыми.

Система автоматического управления отличается от системы автоматического регулирования тем, что при одних и тех же значениях входных величин, т.е. при одной и той же исходной информации воздействие, которое вырабатывает система может быть различно в зависимости от того, какая цель или какой критерий управления в нее заложен.

Назначение систем автоматического управления (САУ) — исключить участие человека в управлении технологическим процессом. Функции человека сводятся к осуществлению пускового импульса. Все остальные операции по управлению процессом, по изменению режимов работы производятся автоматическим устройством.

Устройства автоматического управления воздействуют на исполнительные механизмы, приводы рабочих агрегатов, которые изменяют подачу сырья, энергии в аппараты, производят перемещения обрабатываемых изделий и т. д.

При автоматическом управлении автоматическое устройство обеспечивает необходимую последовательность, начало и окончание отдельных операций, составляющих рабочий процесс. Подача командного импульса на управляющий орган осуществляется человеком. Управляющий орган воздействует на исполнительный механизм, который подает сырье или энергию в аппарат или производит определенную серию механических перемещений, операций, поддерживая тем самым заданный режим работы установки.

Автоматизированная система управления (АСУ) – совокупность математических методов, технических и программных средств, организационных комплексов, а также управленческого и обслуживающего персонала, которые совместно осуществляют рациональное управление объектом управления в соответствии с поставленной целью.

Эта система обычно содержит большое количество датчиков, позволяющих измерять различные параметры, большое количество исполнительных устройств, причем их количество необязательно должно совпадать с количеством датчиков.

Основным элементом этой системы является управляющее устройство (контроллер), в который заложена программа обработки, информации получаемой с датчиков и критерий управления, исходя из которого система управления и вырабатывает различные управляющие воздействия. При одном и том же значении контролируемых параметров управляющее воздействие в данном случае может быть различным.

Системы автоматического регулирования наиболее старые системы автоматизации. Они начали использоваться с середины XIX века (использование автоматических регуляторов в паровых машинах, в железнодорожной автоматике, в электроэнергетике). В 30-е - 60-е годы XX все системы автоматизации (автоматические станки, линии, участки) строились с использованием релейных схем в комбинации с локальными аналоговыми регуляторами с использованием электронных элементов.

В то время электрические реле являлись наиболее распространенными элементами электроавтоматики. Они применялсь во всех схемах автоматического контроля, защиты, управления и регулирования.

Основная особенность реле — возможность управления достаточно большими мощностями в исполнительных механизмах с помощью незначительных управляющих сигналов от датчиков. Коэффициент усиления реле по мощности может достигать значений десятков тысяч.

По мере того, как технологические процессы усложнялись, количество регуляторов на объектах автоматизации росло и системы становились очень громоздкими и тяжелыми в обслуживании, поэтому после появления компьютерных систем управления (микроконтроллеры, микропроцессоры, программируемые логические контроллеры) системы автоматического регулирования стали замещаться системами автоматического управления.

Обучение построению автоматических систем регулирования и управления

Курс по программированию контроллеров:

Дополнение Михаила Алексеева (FB)

Традиционно в старой литературе считалось, что система автоматического управления (САУ) и система автоматического регулирования (САР) -- это синонимы. Но в книге Dafoss "Преобразователи частоты - просто о сложном" объясняется, что “регулирование” и “управление” это разные вещи. Логика таков: если контур замкнут обратной связью — это САУ, если разомкнут, то — САР.

В сети можно встретиться с таким определением: Автоматическое регулирование – поддерживание на постоянном уровне или изменение по заданному закону отдельных регулируемых параметров (температура, давление, расход и т.д.) в объекте управления. Система автоматического регулирования (САР) является подсистемой систем автоматического управления.

Читайте также: