Электронные устройства в системах автоматического управления. Принципы построения систем автоматического управления

Электронные устройства в системах автоматического управления.

Управление — это процесс воздействия на объект с целью создания условий, обеспечивающих требуемое течение процессов в объекте или требуемое изменение его параметров. Выполнение практически всех технологических операций связано с управлением. Например, при прокатке металла толщина прокатываемой полосы должна находиться в заданных пределах; при термической обработке различных изделий требуется поддерживать заданный температурный режим и т. д. Сами по себе объекты, в которых протекают те или иные рабочие процессы, обычно не обеспечивают их нормального хода, т. е. не могут устранить отклонение режима от требуемого, вызванного различными причинами. Поэтому необходимо управление.

Управление, осуществляемое без участия человека, называется автоматическим. Бурное развитие электроники и вычислительной техники привело к широкому внедрению электронных устройств в системы автоматического управления.

Изучая эту главу, следует хорошо усвоить принципы построения и функциональную схему систем автоматического управления, назначение ее отдельных элементов, ознакомиться с показателями качества работы систем; изучить принцип работы некоторых электронных устройств, применяемых в системах автоматического управления — фотоэлектрического преобразователя, бесконтактного переключающего устройства и реле времени. Кроме того, необходимо усвоить принципы построения систем программного управления, в том числе числового, и ознакомиться с телемеханическими системами с частотным и временным разделением каналов.

Принципы построения систем автоматического управления (САУ)

Чтобы ознакомиться с принципами построения систем автоматического управления, вначале рассмотрим, как протекает процесс ручного управления. Предположим, что перед оператором стоит задача поддерживать температуру в нагревательной печи на заданном уровне. Для выполнения этой задачи оператор должен:

1  измерять температуру в печи или следить за показаниями приборов, измеряющих температуру;

2  сопоставлять действительную температуру с заданным значением и определять величину отклонения—рассогласования;

3  в зависимости от величины и знака рассогласования, воздействуя на управляющий орган, изменять режим работы печи таким образом, чтобы привести температуру к заданному значению.

При автоматическом управлении все эти операции выполняет специальное управляющее устройство. Частный случай управления, когда задача решается за счет поддержания постоянства тех или иных величин, называется регулированием. В этом случае управляющее устройство называется автоматическим регулятором. Совокупность объекта управления и управляющего устройства или автоматического регулятора образует систему автоматического управления(САУ) или регулирования (САР)

Рассмотрим, из каких элементов должен состоять автоматический регулятор, чтобы выполнять ту же работу, что и оператор при ручном регулировании температуры. Для ввода задания требуется задающее устройство ЗУ: для контроля температуры (в общем случае регулируемой величины) необходим измерительный (чувствительный) элемент ЧЭ; для определения величины рассогласования должно быть устройство сравнения УС, а для изменения режима работы объекта требуется усилительное УУ и исполнительное ИУ устройство, воздействующее на регулирующий орган объекта.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема САР.

Обозначив объект регулирования О и все элементы автоматического регулятора прямоугольниками с соответствующими буквенными обозначениями, расположив их и последовательности, в которой они действуют друг на друга, и указав стрелками направление действия, получим функциональную схему САР (рисунок 1.1).

На вход автоматического регулятора подается задающее воздействие (задание), содержащее информацию о требуемом значении регулируемой величины, т. е. о цели регулирования. Помимо задания в общем случае на вход автоматического регулятора поступает также информация о текущем значении регулируемой величины и о действующих на объект возмущениях (внешних воздействиях). Под влиянием возмущений происходит отклонение регулируемой величины от заданного значения. Автоматический регулятор реагирует на это отклонение и стремится свести его к нулю.

Рисунок 1.2 – Схема системы автоматической стабилизации температуры нагревательной печи.