Задание 3 Получение математической модели объекта управления в виде передаточных функций 4 Выбор пи-алгоритма управления 9 > Расчет параметров сау на ЭВМ частотным методом 9 11 (стр. 4 из 4)
2. В аналоговых СУ наблюдается дрейф выходного сигнала регулятора при неизменном сигнале на входе вследствие изменения напряжения источников питания, температуры, влажности, и т.д.
В системе НЦУ дрейф отсутствует, так как расчеты, выполняемые в УВМ при определении управляющих воздействий, не зависят от изменения внешних условий.
3. Замкнутую аналоговую СУ невозможно построить при отсутствии датчика для измерения управляемой величины.
В системах НЦУ при отсутствии необходимых датчиков для измерения управляемых параметров (состава, концентрации, качества продукта) можно измерение параметра заменить вычислением его по математической модели.
4. Условия работы ТОУ непрерывно изменяются, при этом необходима адаптивная настройка параметров или изменение структуры регулятора в соответствии с принятым критерием. В аналоговых СУ адаптивную настройку регуляторов осуществить технически очень трудно.
Системы НЦУ обладают большой гибкостью. Структура контуров НЦУ легко изменима, так как конструирование контура выполняется программными средствами. При изменении динамических параметров объекта управления оптимальные параметры регуляторов НЦУ могут рассчитываться автоматически по заданному критерию.
5. Недостатки датчиков (нелинейность характеристики, наличие сдвига нуля и зоны нечувствительности) в аналоговых СУ компенсировать технически трудно. В системах НЦУ указанные недостатки датчиков можно компенсировать программным путем.
В системах НЦУ меры по соблюдению техники безопасности в особо важных контурах управления осуществляются с меньшими затратами. При разработке систем НЦУ необходимо решать следующие задачи:
– выбор алгоритма НЦУ (закон управления исполнительными механизмами);
– определение периода квантования (опроса датчиков и выдачи управляющих воздействий), входных и выходных сигналов;
– тип управляющей ЦВМ;
– требование к устройству связи с объектом и др.
На экономическую эффективность системы НЦУ в основном влияют решение двух первых задач. Первая задача определяет точность управления параметрами объекта и затраты машинного времени, затрачиваемого на каждый контур НЦУ при одном периоде квантования. От решения второй задачи зависит загрузка УВМ операциями управления.
Система автоматического регулирования с НЦУ содержит объект управления и автоматический регулятор. Роль последнего выполняет ЭВМ, снабженная рядом устройств для преобразования сигналов из аналоговой формы в цифровую (АЦП), а также из цифровой формы в аналоговую (ЦАП). На рис.4.1 аналоговые сигналы обозначены как функции времени y(t), g(t), f(t). Соответствующие цифровые сигналы отличаются от них не только формой представления величин, но и дискретным характером изменения во времени. Изменение во времени цифровых сигналов производится в моменты времени t = iTд. , где Тд. – интервал дискретности; i = 0,1,2,…
Цифровые сигналы обозначены на схеме как переменные с индексами y[n], g[n], f[n], причем y[n]=y(nTд.); g[n]=g(nTд.); f[n]=f(nTд.). Интервал дискретности Тд. выбирается из условия Тд.=Ти / 10, где Ти – постоянная времени интегрирования непрерывного регулятора.
Алгоритм работы ЭВМ, осуществляющий автоматическое регулирование, может быть получен из уже найденного закона регулирования непрерывного регулятора.
4.1. Структурная схема САУ с НЦУ
Рис.4.1
4.2. Параметры цифрового регулятора
Пусть, например, сигнал дифференциатора u2(t) подаётся на вход объекта (вместе с сигналом регулирования u1) и пусть передаточная функция дифференциатора:
. (4.2.1)Тогда соответствующее операторное выражение имеет вид:
. (4.2.2)и в дифференциальной форме записывается в виде:
(4.2.3)Переход к цифровым сигналам, взятым в дискретные моменты времени, может быть проведён по следующей схеме:
(4.2.4)В результате перехода получим:
(4.2.5) 
(4.2.6)Подставив значения всех постоянных коэффициентов, получим:
(4.2.7)Алгоритм работы ЭВМ, осуществляющий автоматическое регулирование, может быть получен из уже найденного закона регулирования непрерывного регулятора.
Принимаем за исходный ПИ-закон:
(4.2.8)где u1(t) – регулирующее воздействие на объект; D(t) – сигнал ошибки, D(t)=g(t) – y(t); Кр и Ти – параметры настройки непрерывного ПИ-регулятора.
Замена непрерывных сигналов цифровыми, взятыми в дискретные моменты, может быть проведена по следующей схеме:
D(t) ® D[n]; u1(t) ® u1[n];
(4.2.9)Поэтому ПИ-закон регулирования в цифровой форме имеет вид:
(4.2.10)Более удобна для реализации на ЭВМ другая, так называемая скоростная форма этого алгоритма. Для её получения запишем значение u1 на предыдущем интервале дискретности:
(4.2.11)Вычитая его из предыдущего, получим:
(4.2.12)
(4.2.13)После подстановки D[n] = g[n] – y[n]- u2[n]; e[n-1] = g[n] – y[n-1]-u2[n-1] получим:
(4.2.14)Подставив значения всех постоянных коэффициентов, получим:
(4.2.15)Полученное выражение используется для составления программы НЦУ.
Алгоритм непосредственного цифрового регулирования (рис.4.2.1), кроме расчёта управляющего воздействия, выполняет следующие дополнительные функции:
1) анализ входных сигналов и вычисленных управляющих сигналов на корректность (на схеме алгоритма – “Анализ”);
2) сигнализация о некорректных значениях и недопустимых отклонениях (на схеме – “Сигнализация”).
Рис. 4.2.1 Алгоритм непосредственного цифрового управления.
Список использованной литературы
- Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. - M.: Недра, 1990.- 411 с.
- Марюта А. Н., Качан Ю. Г., Бунько В. А. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик. М.:Недра, 1983. 277с.
- Ротач В. Я. Расчет динамики промышденных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1973. 437 с.
- Ротач В. Я., Шавров А. В., Бутырев В. П. Синтез алгоритмов машинного расчета оптиальных параметров систем регулирования // Теплоэнергетика. 1977. №12. С. 76-79.