Успех при проектировании систем управления зависит в первую очередь от двух ключевых моментов:
- от всестороннего понимания самого процесса, полученного при изучении физических, химических и других явлений;
- от знания фундаментальных концепций сигналов, систем и обратной связи.
Однако непрактично описывать все детали процессов, для которых можно было бы применять системы управления, потому что они охватывают и химические объекты, и электромеханические системы, и энергетические генераторы, и т.д. Следует концентрироваться на фундаментальных аспектах проектирования систем управления, являющихся общими для любых промышленных приложений. При этом следует, конечно, дополнять свои знания процессов в конкретной решаемой задаче.
Проектирование и функционирование системы автоматического управления технологическим процессом, предназначенной для обеспечения требуемых технических характеристик, требует тесного взаимодействия различных специалистов. Сюда входят, например, специалисты по вычислительной технике, технологи, специалисты по контрольно-измерительной технике и разработчики систем управления.
Каждая из этих дисциплин рассматривает процесс и управление этим процессом со своей точки зрения, так что каждый специалист выбирает свои категории или элементы, в терминах которых он анализирует и описывает систему автоматического управления. Например, специалист по вычислительной технике оперирует в терминах аппаратных средств компьютера, инфраструктуры сети операционной системы и прикладного программного обеспечения. Инженер по автоматизации процессов и систем рассматривает систему управления в таких абстрактных терминах, как сигналы, динамические реакции, системы и их элементы (звенья). Эти элементы могут быть заданы их физической реализацией, математической моделью, или их свойствами.
В простейших случаях для управления технологическими процессами применяют П-, ПИ- и ПИД-регуляторы с жесткой (неизменной) настройкой параметров.
Если математическая модель объекта управления содержит неизвестные возмущающие воздействия и параметры, изменяющиеся в процессе управления, то следует применять цифровую систему управления с обучаемой моделью.
Для достижения поставленной цели автоматизации технологического процесса необходимо решить следующие задачи:
1. Составить математическую модель системы управления в пространстве состояний;
2. Выполнить анализ наблюдаемости и управляемости модели объекта управления;
3. Составить алгоритм обучения модели (уточнения оценок параметров и переменных состояния) в контуре управления;
4. Составить алгоритм формирования управляющих воздействий;
5. Выполнить анализ качества разработанной САУ.
При решении этих задач нужно учитывать основные особенности цифровых систем управления, отличающие их от непрерывных систем. В частности, в цифровых системах управления:
- обрабатываются дискретные по времени и уровню сигналы, что характерно для импульсных САР;
- законы управления реализуются программно с помощью алгоритмов, описываемых, как правило, разностными уравнениями в пространстве состояний;
- сигналы могут принимать только определенные дискретные значения вследствие квантования по уровню в АЦП и преобразования величин в цифровой форме;
- для сопряжения цифрового регулятора с непрерывный исполнительным устройством применяется ЦАП либо широтно-импульсный преобразователь (при исполнительных двигателях постоянной скорости);
- благодаря гибкости средств программного обеспечения при построении управляющих алгоритмов возможности проектирования не ограничиваются только стандартными П-, ПИ-, ПД-, ПИД-законами регулирования с жесткой настройкой, а позволяют реализовать оптимальное и адаптивное управление (в том числе нелинейные алгоритмы адаптивного управления).
При проектировании цифровых систем управления обычно применяют математические модели объекта управления и других элементов САУ в виде дискретных передаточных функций и разностных уравнений. Однако предпочтение следует отдавать дискретной модели в пространстве состояний, содержащей систему разностных уравнений первого порядка. Это связано с тем, что такая модель хорошо приспособлена:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.