Metoda regulacije turbina za grijanje. Nespojeni sistemi upravljanja Spojeni i nepovezani sistemi automatskog upravljanja

IZVESTIYA

GOMSK ORDEN CRVENE ZASTAVE POLITEHNIKE RADA

INSTITUT IMEN PO S. M. KIROVU

ISTRAŽIVANJE SISTEMA POVEZANE REGULACIJE JEDNE KLASE OBJEKATA SA RASPODELJENIM

PARAMETRI

V. I. KARNAČUK, V. Y. DURNOVTSEV

(Predstavio naučni seminar Odsjeka za fiziku i tehnologiju)

Višestruko povezani upravljački sistemi (MCC) trenutno nalaze sve veću upotrebu u automatizaciji složenih objekata. To je zbog činjenice da složena automatizacija proizvodnih procesa zahtijeva prijelaz sa regulacije jednog parametra na pripadajuću regulaciju više veličina koje utiču jedna na drugu. Među takvim sistemima, veliko mjesto zauzimaju slični SMR-ovi, koji se sastoje od nekoliko identičnih, identično konfiguriranih regulatora koji rade iz zajedničkog izvora sirovina ili zajedničkog opterećenja. Višekanalni ACS objekata sa distribuiranim parametrima, čiji je zadatak da automatski optimizuje distribuciju parametara, može se klasifikovati kao isti tip SMR. Ovaj problem se ne može ispravno riješiti ako se ne uzme u obzir međusobni utjecaj kontroliranih parametara. Uzimanje u obzir međusobnog uticaja značajno komplikuje analizu sistema, jer se u spregnutom sistemu dinamika svakog parametra opisuje diferencijalnom jednačinom visokog reda.

Osnivač teorije regulacije nekoliko parametara je I. N. Voznesenski. Pokazao je da je, kako bi se eliminisao uticaj parametara jednih na druge, neophodno uvesti veštačke veze u sistem kako bi se kompenzovao uticaj prirodnih veza. U tom slučaju povezani sistem postaje nepovezani, odnosno autonoman. Problem autonomije je specifičan problem koji ne postoji u teoriji jednodimenzionalnog ATS-a. I. N. Voznesenski je rešio ovaj problem za objekat prvog reda kojim upravlja idealni kontroler. Kasnije su za složenije sisteme pronađeni fizički i tehnički izvodljivi uslovi za autonomiju. U ovim radovima opseg razmatranih objekata je po pravilu ograničen na objekte prvog reda. Međutim, u praksi, prilikom istraživanja u oblasti upravljanja objektima sa raspoređenim parametrima kao što su destilacioni stub, rezervoar nafte i gasa, vulkanizacione komore, različiti tipovi reaktora i sl., često je potrebna složenija aproksimacija.

U ovom radu se razmatraju neka pitanja sinteze dvodimenzionalnog SMR astatičkog objekta sa faznim napredovanjem.

kada je objekt za svaku kontroliranu varijablu opisan diferencijalnom jednadžbom drugog reda:

t dH dx 2 dt2 dt

koTi -U- +kou. dt

Blok dijagram spregnutog regulacionog sistema prikazan je na Sl. 1. Sistem je dizajniran da održava datu vrijednost parametra X u dvije različite oblasti velikog objekta.

2 regulator w

Rice. 1. Blok dijagram dvodimenzionalnih građevinsko-montažnih radova

Predmet regulacije je višestruko povezan sistem sa ^-strukturom prema prihvaćenoj klasifikaciji. Funkcije prijenosa objekata za svaki direktni kanal su jednake:

K0(T,p+1) ■

SR) - ^02 (P)

P(T2P+> 1)

Odnos između podesivih parametara prikazan je u blok dijagramu kroz konstantne koeficijente Li2 = ¿2b, iako u opštem slučaju nije vremenski nepromenljiv. Integrirani regulatori s prijenosnom funkcijom smatraju se:

Regulatori primaju kontrolne signale od inercijalnih senzora (termoparova) koji se nalaze u blizini odgovarajućih regulatora. Prijenosne funkcije senzora:

Wn(p) = WT2(p) =

Analiza spregnutog sistema pomoću jednačina kretanja, napisanih čak i u obliku operatora, nezgodna je zbog visokog reda jednačina. Matrična metoda pisanja jednačina ima mnogo veću pogodnost, posebno za strukturnu sintezu.

U matričnom obliku zapisa, jednadžba za objekt s Y-strukturom ima oblik:

■ WciWcalia^i 1 - W 01^02^12^21

1 - 1^0] 1 - 12^21

a ^ i matrice kolona kontrolisanih i regulacionih veličina, respektivno.

Za kontroler možete napisati:

^^(¿y-X). (6)

u%(p)=G 0 [o

5 - transformirajuća matrica upravljačkih akcija; y je matrična kolona kontrolnih radnji.

Elementi matrica i 5 mogu se dobiti nakon jednostavnih strukturnih transformacija:

p(Tar+\)(TTr+\)

Tada se jednačina zatvorenog SMR može zapisati u sljedećem obliku (u nastavku ćemo pretpostaviti da su poremećaji koji djeluju na sistem / = 0):

X = (/ + G0g r)"1 - W oG r5G, (7)

gdje je / matrica identiteta.

Iz (7) možemo dobiti karakterističnu jednačinu zatvorenog SMR-a ako determinante matrice (/ + WqWp) izjednačimo sa nulom:

| / + W0WP | = 0. (8)

Za građevinsko-montažne radove još nisu pronađeni dovoljni opći kriteriji za provjeru stabilnosti. Određivanje korijena karakteristične jednadžbe (8) je također prilično težak zadatak, jer se može pokazati da je i u dvodimenzionalnom slučaju potrebno riješiti jednačinu desetog reda. U takvim uslovima upotreba kompjuterske tehnologije za proračun građevinskih i instalaterskih radova nije samo poželjna, već i neophodna. Značaj analognih modela je posebno veliki za rješavanje problema sintetiziranja građevinske i instalaterske opreme koja ima određena specificirana svojstva, a prije svega autonomne montažne i montažne opreme. Poznato je da je implementacija uslova autonomije često nemoguća u svakom slučaju, za svaki konkretan sistem, pronalaženje uslova autonomije koji bi se mogli implementirati u prilično jednostavnim koracima je samostalan zadatak. Iz izraza (7) jasno je da se uslovi autonomije svode na dijagonalizaciju matrice

F, = (/ + ^r)-1" wQwps.

U ovom slučaju, SMR jednačine se rastavljaju na nezavisne jednačine. Očigledno, matrica Fu će biti dijagonalna samo ako je matrica W0Wpj, koja je matrica prijenosa otvorenog SMR-a, dijagonalna. Za implementaciju ovih uslova, veštačke kompenzacione veze, prenos

Rice. 2. Elektronski model samostalnih građevinsko-montažnih radova,

čije se funkcije mogu odrediti iz prikladnije za ove svrhe zapisa matrične jednadžbe SMR:

Fu= ^o Gr(5-Fu). (9)

Postoji veliki broj opcija za implementaciju kompenzacijskih veza. Međutim, proračuni izvedeni prema jednadžbi (9) pokazuju da je najpogodnija za implementaciju varijanta blok dijagrama, kada se nameću unakrsne veze između ulaza regulatora pojačala. U ovom slučaju, funkcije prijenosa kompenzacijskih veza imaju oblik:

/Xu (/>) = - №«¿12; K2\(p) = -

Uzimajući u obzir izraz (2) imamo: * i (P)<= К21 (р) =

Za proučavanje dvodimenzionalnog SMR-a korišćen je elektronski model sistema, sastavljen na bazi analogne instalacije EMU-8. Dijagram elektronskog modela SMR-a prikazan je na sl. 2. Usvojene su sljedeće numeričke vrijednosti parametara: a;o=10; KuK^/(r == 0,1; Tx = 10 sek; G2 = 0,1 sek; Tt = 0,3 Tg = 0,5 sek/s; I = 0,1 0,9.

Rice. 3. Krivulje prolaznih procesa u kanalima nesamostalnih (a) i autonomnih (c) građevinskih i instalaterskih radova

Studije modela su pokazale da sistem bez kompenzacionih veza ostaje stabilan do vrednosti odnosa ¿ = 0,5. Dalje povećanje L dovodi do divergentnih oscilacija kontrolisane varijable. Međutim, čak i sa L<0,5 характер переходного процесса в системе является неудовлетворительным. Полное время успокоения составляет 25-ъЗО сек при максимальном выбросе 50%. Введение перекрестных связей, соответствующих условиям автономности, позволяет резко улучшить качество регулирования.

Kao što se može videti iz grafikona (slika 3), osetljivost svakog kanala na promene podešavanja u susednom kanalu je primetno smanjena. Trajanje prelaznog procesa i veličina maksimalnog prekoračenja mogu se smanjiti smanjenjem pojačanja pojačala oba kanala za faktor 2 u poređenju sa pojačanjem usvojenim za odvojeni odvojeni sistem.

1. Pronađeni su uslovi autonomije koji se realizuju jednostavnim aktivnim CN kolima za SMR objekata drugog reda - sa faznim napredovanjem.

2. Analiza složenih građevinskih i instalaterskih radova pomoću analognih računara omogućava odabir optimalnih vrijednosti parametara građevinskih i instalaterskih radova.

Predložen je elektronski model dvodimenzionalnog autonomnog građevinsko-montažnog rada.“ Prikazan je uticaj veličine interkonekcije na stabilnost sistema.

LITERATURA

1. M. V. Meerov, Višestruko povezani upravljački sistemi. Ed. "Nauka", 1965.

2. V. T. Morozovsky. “Automatizacija i telemehanika”, 1962, br. 9.

3. M. D. Mezarovich Višestruko povezani sistemi upravljanja. Proceedings of the 1st IFAC Congress, Ed. Akademija nauka SSSR, 1961.

2. Klasifikacija ASR. Principi upravljanja.

Kontrola- radi se o ciljanom uticaju na objekat, kojim se obezbeđuje njegovo optimalno (u određenom smislu) funkcionisanje i kvantitativno se ocenjuje vrednošću kriterijuma (indikatora) kvaliteta. Kriterijumi mogu biti tehnološke ili ekonomske prirode (produktivnost procesnog postrojenja, troškovi proizvodnje itd.).

Tokom rada, izlazne vrijednosti odstupaju od navedenih vrijednosti zbog smetnji z V i pojavljuje se nesklad između struje kod T i dato i 3 vrijednosti izlaznih količina objekta. Ako je dostupno smetnje z V objekt samostalno osigurava normalno funkcioniranje, tj. samostalno otklanja sva neslaganja koja se pojave y T -i 3, onda mu nije potrebno upravljanje. Ukoliko objekat ne obezbeđuje ispunjenje normalnih uslova rada, onda da bi se neutralisao uticaj smetnji, kontrolna akcija x P, mijenjanje materijala ili toplinskih tokova objekta pomoću aktuatora. Tako se tokom procesa upravljanja na objekat primenjuju udari koji kompenzuju smetnje i obezbeđuju održavanje njegovog normalnog režima rada.

Regulativanaziva se održavanjem izlaznih vrijednosti objekta blizu potrebnih konstantnih ili varijabilnih vrijednosti kako bi se osigurao normalan način njegovog rada primjenom kontrolnih radnji na objekt.

Poziva se automatski uređaj koji osigurava da se izlazne vrijednosti objekta održavaju blizu traženih vrijednosti automatski regulator.

Po principu regulacije ASR se dijele na one koje rade po odstupanju, po smetnji i po kombinovanom principu.

Odstupanjem. U sistemima koji rade odstupanjem kontrolisane varijable od zadate vrednosti (sl. 1-2, A), ogorčenost z uzrokuje odstupanje trenutne vrijednosti kontrolirane varijable at od svoje postavljene vrijednosti I. Automatski regulator AR upoređuje vrijednosti u i i, kada se ne podudaraju, to stvara regulatorni efekat X odgovarajući znak, koji se preko aktuatora (nije prikazan na slici) dovodi do upravljačkog objekta ILI, i otklanja ovu neusklađenost. U sistemima kontrole odstupanja, neusklađenost je neophodna za formiranje regulatornih uticaja, to je njihov nedostatak, jer je zadatak regulatora upravo da spreči neusklađenost. Međutim, u praksi su ovakvi sistemi postali dominantno rasprostranjeni, jer se regulatorni uticaj u njima vrši bez obzira na broj, vrstu i lokaciju pojave remetilačkih uticaja. Sistemi kontrole odstupanja su zatvoreno.

Iz bijesa. Prilikom regulacije smetnjom (sl. 1-2, b) regulator AR B prima informacije o trenutnoj vrijednosti glavne smetnje z 1. Prilikom mjerenja i neusklađivanja sa nominalno značenje i B regulator formira regulatorni uticaj X, usmerena na objekat. U sistemima koji rade na smetnji, upravljački signal putuje duž kola brže nego u sistemima izgrađenim na principu devijacije, zbog čega se ometajući utjecaj može eliminisati i prije nego što dođe do neusklađenosti. Međutim, za većinu objekata hemijske tehnologije praktično je nemoguće implementirati kontrolu zasnovanu na smetnjama, jer to zahteva uzimanje u obzir uticaja svih poremećaja objekta ( z 1, z 2, ...) čiji je broj obično velik; osim toga, neki od njih se ne mogu kvantificirati. Na primjer, mjerenje takvih poremećaja kao što su promjene aktivnosti katalizatora, hidrodinamička situacija u aparatu, uvjeti prijenosa topline kroz zid izmjenjivača topline i mnogih drugih nailazi na fundamentalne poteškoće i često je neizvodljivo. Obično se glavni poremećaj uzima u obzir, na primjer, opterećenjem objekta.

Osim toga, signali o trenutnoj vrijednosti kontrolirane varijable se smetnjama šalju u kontrolnu petlju sistema at ne stignu, stoga vremenom odstupanje kontrolisane vrednosti od nominalne vrednosti može preći dozvoljene granice. Sistemi kontrole poremećaja su otvoren.

Po kombinovanom principu. Takvom regulacijom, odnosno zajedničkom upotrebom principa regulacije devijacijom i poremećajem (sl. 1-6, V), moguće je dobiti visokokvalitetne sisteme . U njima je uticaj glavnog poremećaja z 1 neutralizira AR B regulator, koji radi na principu smetnji, a utjecaj drugih smetnji (npr. z 2 itd.) - AR regulator koji reaguje na odstupanje trenutne vrednosti reagovane količine od zadate vrednosti.

Prema broju kontrolisanih količina ASR se dijele na jednodimenzionalne i multidimenzionalne. Jednodimenzionalni sistemi imaju jednu podesivu varijablu, a ove druge imaju nekoliko podesivih veličina.

Zauzvrat multidimenzionalni sistemi se mogu podijeliti na nepovezane i spregnute upravljačke sisteme. U prvom od njih regulatori nisu direktno povezani jedni s drugima i djeluju odvojeno na zajednički predmet regulacije. Sistemi nepovezano kontrole se obično koriste kada je međusobni uticaj kontrolisanih veličina objekta mali ili praktično izostaje. Inače se koriste sistemi povezane regulacija, u kojoj su regulatori različitih količina jednog tehnološkog objekta međusobno povezani vanjskim vezama (izvan objekta) kako bi se oslabio međusobni utjecaj kontroliranih veličina. Ako je u ovom slučaju moguće potpuno eliminisati uticaj kontrolisanih veličina jedne na drugu, onda se takav sistem spregnute regulacije naziva autonomna.

Prema broju puteva signala ASR se dijele na jednostruke i višestruke. Jednostruki nazivaju se sistemi koji sadrže jednu zatvorenu petlju, i višestruko- ima nekoliko zatvorenih krugova

Po namjeni(priroda promene referentnog uticaja) ASR se dele na sisteme automatske stabilizacije, sisteme kontrole programa i sisteme za praćenje.

Automatski stabilizacioni sistemi dizajnirani su da održavaju kontroliranu varijablu na datoj vrijednosti, koja je postavljena konstantnom ( u=const). Ovo su najčešći sistemi.

Programski kontrolni sistemi konstruisana na takav način da je specificirana vrijednost kontrolirane varijable funkcija vremena poznata unaprijed u=f(t). Opremljeni su softverskim senzorima koji formiraju vrijednost I u vremenu. Takvi sistemi se koriste za automatizaciju šaržnih hemijskih procesa ili procesa koji rade u određenom ciklusu.

U sistemima za praćenje zadana vrijednost kontrolirane varijable nije unaprijed poznata i funkcija je vanjske nezavisne tehnološke varijable u=f(y 1). Ovi sistemi služe za regulaciju jedne tehnološke veličine ( rob), što je u određenoj zavisnosti od vrednosti drugog ( vodeći) tehnološka vrijednost. Vrsta sistema za praćenje su sistemi za regulisanje odnosa dve količine, na primer, troškova dva proizvoda. Takvi sistemi na izlazu reproduciraju promjenu vođene količine u određenom omjeru s promjenom vodeće. Ovi sistemi nastoje da eliminišu neusklađenost između vrednosti vodeće veličine, pomnožene konstantnim faktorom, i vrednosti vođene veličine.

Po prirodi regulatornih uticaja Postoje kontinuirani ASR, relejni i impulsni.

Kontinuirani ACPkonstruirani su na način da kontinuirana promjena ulazne vrijednosti sistema odgovara kontinuiranoj promjeni izlazne vrijednosti svake veze.

Relej (pozicijski) ACP sadrže relejnu vezu koja konvertuje kontinuiranu ulaznu vrijednost u diskretnu vrijednost releja koja uzima samo dvije fiksne vrijednosti: minimalnu i maksimalnu moguću. Relejne veze omogućavaju stvaranje sistema sa veoma visokim faktorima pojačanja. Međutim, u zatvorenoj upravljačkoj petlji, prisutnost relejnih veza dovodi do samooscilacija kontrolirane veličine s određenim periodom i amplitudom. Sistemi sa pozicionim regulatorima su bazirani na releju.

Pulse ASRsadrže impulsni element koji konvertuje kontinuiranu ulaznu veličinu u diskretnu vrijednost impulsa, odnosno u niz impulsa sa određenim periodom njihove izmjene. Period pojavljivanja impulsa se postavlja nasilno. Ulazna vrijednost je proporcionalna amplitudi ili trajanju izlaznih impulsa. Uvođenje impulsne veze oslobađa mjerni uređaj sistema od opterećenja i omogućava korištenje mjernog uređaja male snage, ali osjetljivijeg mjernog uređaja na izlazu koji reagira na mala odstupanja kontrolirane vrijednosti, što dovodi do povećanja kvaliteta. rada sistema.

U pulsnom režimu moguće je konstruisati višekanalna kola, čime se smanjuje potrošnja energije za aktiviranje aktuatora.

Sistemi sa digitalnim računarskim uređajem u zatvorenoj upravljačkoj petlji takođe rade u impulsnom režimu, jer digitalni uređaj proizvodi rezultat proračuna u obliku impulsa koji prate određene vremenske intervale neophodne za proračun. Ovaj uređaj se koristi kada se odstupanje kontrolisane varijable od zadate vrednosti mora izračunati iz očitavanja više mernih instrumenata ili kada je, u skladu sa kriterijumima za najbolji kvalitet rada sistema, potrebno izračunati program za promenu kontrolisane varijable.

Trenutno postoji čitav niz sistema automatskog upravljanja (ACS) ili, kako ih još nazivaju, automatskih upravljačkih sistema (ACS). U ovom članku ćemo razmotriti neke metode regulacije i vrste automatskih upravljačkih sistema.

Direktna i indirektna regulacija

Kao što je poznato, svaki sistem automatskog upravljanja sastoji se od regulatora i objekta regulacije. Regulator ima osjetljivi element koji prati promjene kontrolirane varijable u zavisnosti od vrijednosti navedenog kontrolnog signala. Zauzvrat, osjetljivi element utječe na regulatorno tijelo, koje zauzvrat mijenja parametre sistema tako da vrijednosti zadanih i kontroliranih veličina postaju iste. U najjednostavnijim regulatorima, djelovanje osjetilnog elementa na regulacijski organ se javlja direktno, odnosno direktno su povezani. U skladu s tim, takvi ACS se nazivaju direktnim kontrolnim sistemima, a regulatori se nazivaju regulatori direktnog djelovanja, kao što je prikazano u nastavku:

U takvom sistemu, energija potrebna za pokretanje ventila koji reguliše protok vode u bazen dolazi direktno iz plovka, koji će ovde biti senzorski element.

U sistemu indirektnog upravljanja, za organizaciju kretanja kontrolnog tijela, koriste se pomoćni uređaji koji za svoj rad koriste dodatne izvore energije. U takvom sistemu, senzorski element će delovati na kontrolu pomoćnog uređaja, koji će zauzvrat pomeriti kontrolni element u željenu poziciju, kao što je prikazano u nastavku:

Ovdje plovak (osjetljivi organ) djeluje na kontakt pobudnog namota elektromotora, koji rotira ventil u željenom smjeru. Ovakvi sistemi se koriste kada snaga senzorskog elementa nije dovoljna za upravljanje radnim mehanizmom ili je neophodna veoma visoka osetljivost mernog elementa.

Samohodne puške sa jednim krugom i više krugova

Moderni ATS vrlo često, gotovo uvijek, imaju paralelne uređaje za korekciju ili lokalne povratne informacije, kao što je prikazano u nastavku:

ACS kod kojih je samo jedna vrijednost podložna regulaciji, a imaju samo jednu glavnu povratnu vezu (jednu upravljačku petlju) nazivaju se jednokružnim. U takvim samohodnim topovima, udar primijenjen na neku tačku u sistemu može zaobići cijeli sistem i vratiti se na prvobitnu tačku nakon što prođe samo jednu zaobilaznu putanju:

A samohodni topovi u kojima, osim glavnog kruga, postoje i lokalne ili glavne povratne veze, nazivaju se višestrukim. Suprotno sistemima sa jednim krugom, u sistemima sa više kola udar primenjen na neku tačku u sistemu može zaobići sistem i vratiti se do tačke primene udara duž nekoliko kola sistema.

Sistemi spregnutog i rastavljenog automatskog upravljanja

Sistemi u kojima je više veličina podložno regulaciji (multidimenzionalni sistemi automatskog upravljanja) mogu se podijeliti na povezane i nepovezane.

Razdvojeni regulatorni sistemi

Sistemi u kojima su regulatori dizajnirani da regulišu različite veličine koje nisu međusobno povezane i mogu komunicirati kroz zajednički kontrolni objekt nazivaju se nepovezani kontrolni sistemi. Nepovezani sistemi regulacije se dijele na nezavisne i zavisne.

U zavisnim varijablama, promjena jedne od količina koje treba kontrolirati povlači za sobom promjenu preostalih količina koje treba kontrolirati. Stoga se u takvim uređajima različiti kontrolni parametri ne mogu razmatrati odvojeno jedan od drugog.

Primer takvog sistema bi bio avion sa autopilotom, koji ima poseban kanal za upravljanje kormilom. Ako avion skrene sa svog kursa, autopilot će uzrokovati skretanje kormila. Autopilot će skrenuti elerone, a otklon krilca i kormila će povećati otpor aviona, uzrokujući skretanje elevatora. Stoga je nemoguće odvojeno razmatrati procese upravljanja smjerom, nagibom i bočnim prevrtanjem, iako svaki od njih ima svoj upravljački kanal.

U nezavisnim sistemima nepovezane regulacije, svaka od veličina koje su predmet regulacije neće zavisiti od promjena u svim ostalim. Takvi procesi upravljanja mogu se razmatrati odvojeno jedan od drugog.

Primjer je sistem automatskog upravljanja za ugaonu brzinu hidraulične turbine, gdje se napon namotaja generatora i brzina turbine regulišu nezavisno jedan od drugog.

Povezani sistemi regulacije

U takvim sistemima regulatori različitih veličina imaju međusobne veze koje su u interakciji izvan objekta regulacije.

Na primjer, razmotrite električni autopilot EAP, čiji je pojednostavljeni dijagram prikazan u nastavku:

Njegova svrha je da održi nagib, smjer i kotrljanje aviona na datom nivou. U ovom primjeru ćemo razmotriti funkcije autopilota koje se odnose samo na održavanje datog kursa, nagiba i prevrtanja.

Hidraulički polukompas 12 služi kao osjetljivi element koji prati odstupanje aviona od kursa. Njegov glavni dio je žiroskop čija je os usmjerena duž određenog kursa. Kada avion počne da odstupa od kursa, os žiroskopa počinje da utiče na klizače reostatskog kursa 7 i senzora rotacije 10 spojenih polugom 11, zadržavajući pritom svoju poziciju u prostoru. Telo aviona se, zajedno sa senzorima 7 i 10, zauzvrat pomera u odnosu na osu horoskopa, nastaje razlika između položaja žiroskopa i tela aviona, što detektuju senzori 7 i 10.

Element koji će uočiti odstupanje aviona od kursa određenog u prostoru (horizontalna ili vertikalna ravan) biće žirovertikala 14. Njegov glavni dio je isti kao u prethodnom slučaju - žiroskop čija je osa okomita na horizontalnoj ravni. Ako ravnina počne da odstupa od horizonta, klizač senzora koraka 13 će početi da se pomera u uzdužnoj osi, a kada odstupi u horizontalnoj ravni, senzori kotrljanja 15-17 će početi da se pomeraju.

Tijela koja upravljaju avionom su upravljačka kormila 1, visine 18 i eleroni 19, a izvedbeni elementi koji kontrolišu položaj kormila su upravljačke mašine za smjer, nagib i kotrljanje. Princip rada sva tri kanala autopilota je potpuno sličan. Upravljački mehanizam svakog upravljača povezan je sa potenciometrijskim senzorom. Glavni potenciometrijski senzor (pogledajte dijagram ispod):

Povezuje se na odgovarajući senzor povratne sprege preko mosta. Dijagonala mosta je povezana sa pojačalom 6. Kada avion skrene sa putanje leta, klizač glavnog senzora će se pomeriti i na dijagonali mosta će se pojaviti signal. Kao rezultat pojave signala, elektromagnetski relej će se aktivirati na izlazu pojačala 6, što će dovesti do zatvaranja kola elektromagnetne sprege 4. Bubanj 3 mašine, u čijem kolu se nalazi relej se aktivira, zahvatiće osovinu neprekidno rotirajućeg elektromotora 5. Bubanj će početi da se okreće i time namotava ili odmotava (u zavisnosti od smera rotacije) kablove koji rotiraju odgovarajuće kormilo aviona, a istovremeno vrijeme će pomjeriti četkicu potenciometra povratne sprege (OS) 2. Kada vrijednost pomaka potenciometra povratne sprege (OS) 2 postane jednaka vrijednosti pomaka četkice potenciometrijskog senzora, signal na dijagonali ovog mosta će postati jednak nula i upravljanje kretanjem će se zaustaviti. U tom slučaju, kormilo aviona će se rotirati u položaj koji je neophodan da se avion prebaci na navedeni kurs. Kako se neusklađenost eliminiše, glavna četkica senzora će se vratiti u srednji položaj.

Izlazni stupnjevi autopilota su identični, počevši od pojačala 6 i završavajući zupčanicima za upravljanje. Ali ulazi su malo drugačiji. Klizač senzora kursa nije čvrsto povezan sa žirokompasom, već uz pomoć amortizera 9 i opruge 8. Zbog toga dobijamo ne samo pomeranje proporcionalno pomaku od kursa, već i dodatni , proporcionalno prvom izvodu odstupanja s obzirom na vrijeme. Osim toga, u svim kanalima, pored glavnih senzora, predviđeni su i dodatni senzori koji provode povezano upravljanje duž sve tri ose, odnosno koordiniraju radnje sva tri kormila. Ova veza omogućava algebarsko sabiranje signala sa glavnog i dodatnih senzora na ulazu pojačala 6.

Ako uzmemo u obzir kanal kontrole kursa, tada će pomoćni senzori biti senzori kotrljanja i okretanja, kojima pilot upravlja ručno. U kanalu rolne nalaze se dodatni senzori rotacije i rotacije.

Utjecaj upravljačkih kanala jedni na druge dovodi do činjenice da kada se avion kreće, promjena njegovog kotrljanja će uzrokovati promjenu koraka i obrnuto.

Mora se imati na umu da se automatski upravljački sustav naziva autonomnim ako ima takve veze između svojih regulatora da kada se jedna od vrijednosti promijeni, ostatak će ostati nepromijenjen, odnosno promjena jedne vrijednosti ne mijenja automatski ostatak .

Blok dijagram isključenog upravljačkog sistema za dvodimenzionalni objekat ima oblik:

Kontrolna greška

Kontrolna akcija

Izmjerene kontrolisane veličine

Neizmjereni izlazi na glavnim kanalima s prijenosnom funkcijom i

Regulatori s prijenosnim funkcijama i

Koristeći diskretne prijenosne funkcije kontrolera glavnog i poprečnog kanala, opisujemo sistem isključenog upravljanja:

Transformirajmo sistem (2.0) supstitucijom, dobivši jednadžbu za vezu između izlaza sistema i njegovih ulaza

(2.2)

U prvoj jednačini zamjenjujemo desnu stranu druge jednačine:

(2.3)

Slično, kada se zamjenjuje u drugu jednadžbu umjesto desne strane prve jednačine, može se dobiti ovisnost izlaza od i .

Iz jednačine (2.3) jasno je da svaka kontrolisana varijabla zavisi i od prvog ulaza sistema i od drugog ulaza sistema. Pokažimo da se stabilnost nespregnutog sistema u ovom slučaju smanjuje. Da bismo to učinili, pretpostavljamo da su prijenosne funkcije objekta duž glavnog i poprečnog kanala jednake jedna drugoj i da su prijenosne funkcije regulatora jednake jedna drugoj.

Tada će jednačina (2.3) poprimiti oblik:

(2.4)

Ako u objektu nema unakrsnih veza, tada izlazna vrijednost ovisi samo o zadatku u skladu sa sljedećim izrazom:

U skladu sa Nyquistovim kriterijumom, da bi sistem sa jednom petljom zatvorene petlje bio stabilan (ako je sistem otvorene petlje stabilan), potrebno je da AFC hodograf otvorenog sistema ne pokriva tačku sa koordinatama. Na osnovu toga, u nepovezanom sistemu upravljanja, ako se uzme jednak nuli, ovaj kriterijum će biti isti, sa jedinom razlikom što će koordinate kritične tačke biti . Dakle, u nekoherentnom regulatornom sistemu, područje stabilne regulacije je suženo, što smanjuje stabilnost sistema i pogoršava kvalitet procesa tranzicije. Ako se pri izračunavanju optimalnih postavki regulatora u nespojenom upravljačkom sistemu ne uzmu u obzir interne unakrsne sprege, onda sistem može biti nestabilan. Da bi se održala stabilnost isključenog upravljačkog sistema u prisustvu internih veza, potrebno je smanjiti pojačanje u odnosu na faktore pojačanja regulatora u odsustvu unakrsnih veza toliko da AFC hodograf otvorenog sistema radi. ne pokrivaju tačku koordinatama.

Očigledno, to se može postići značajnim povećanjem pojačanja regulatora, tj. brzina regulatora, što naglo pogoršava kvalitetu regulacije. Stoga, sa jakim unutrašnjim vezama, priliku za dobijanje regulacije visokog kvaliteta treba tražiti ne u prilagođavanju struktura i postavki nepovezanih regulatora, već „razvezivanjem“ unutrašnjih veza kroz unakrsne kanale. One. potrebno je promijeniti strukturu samog sistema. Postoje dva načina da oslabite ili potpuno "razvezete" unakrsne veze:

1. odabir nepovezanih ili slabo povezanih parametara kao kontrolisanih veličina;

2. stvaranje sistema povezane regulacije, uvođenjem dodatnih eksternih kompenzacionih veza između regulatora u ASR

Sistem nepovezane regulacije je jednostavniji, pouzdaniji i jeftiniji od sistema koherentne regulacije. Oni su izvodljivi čak iu slučajevima kada su komunikacijski kontrolni sistemi tehnički neizvodljivi. Međutim, podložni su ometajućim uticajima i širenju kroz glavne i poprečne kanale, što može dovesti do pogoršanja kvaliteta regulacije i, u najboljem slučaju, gubitka stabilnosti. Prednosti nekoherentnih sistema upravljanja primoravaju nas da tražimo načine da proširimo opseg njihove primene na objekte sa međusobno povezanim kontrolisanim veličinama uz održavanje zadovoljavajućeg kvaliteta regulacije. Stepen povezanosti između dvije kontrolirane veličine može se odrediti korištenjem prijenosnih funkcija objekta duž glavnog i poprečnog kanala. Stepen komunikacije duž prvog glavnog kanala jednak je omjeru njegove prijenosne funkcije i prijenosne funkcije drugog glavnog kanala: . Stepen komunikacije duž drugog poprečnog kanala jednak je omjeru prijenosne funkcije ovog kanala i prijenosne funkcije prvog glavnog kanala: . Opšti stepen povezanosti između kontrolnih varijabli: . Ovisno o vrijednosti ukupnog stepena veze, može se preporučiti jedna od sljedećih opcija kontrole:

Ovim povezivanjem regulatora kanali će postati glavni, a ukupni stepen povezanosti će biti okarakterisan novom vrednošću. Ako se ispostavi da je ukupni stepen spregnutosti vrednosti manji od 1, tada se može primeniti nespregnuti sistem upravljanja;

3. kod odnosa , stepen povezanosti je značajan, što može značajno smanjiti stabilnost isključenog upravljačkog sistema; u ovom slučaju potrebno je eliminisati ili značajno oslabiti unutrašnje veze u automatizovanom sistemu upravljanja;

4. „razdvajanje“ regulacije veličina u prisustvu unakrsnih veza moguće je ako se vrši regulacija veličina sa različitim dinamičkim karakteristikama, čime se smanjuje njihova međupovezanost kroz proces, npr. regulatori pritiska obično rade na višim frekvencijama, dok regulatori temperature, što određuje njihov slab međusobni uticaj jedan na drugog.

Pristupi postavljanju isključenog upravljačkog sistema mogu biti sljedeći:

1. postavljanje u jednostrukim sistemima;

2. istovremena optimizacija regulatora u isključenom sistemu upravljanja, uzimajući u obzir uticaj glavnog i prelaznog kanala.

Prvi pristup koristi modele glavnih kanala i odgovarajućih regulatora. Od njih se sastavljaju upravljački sistemi s jednim krugom, u kojima se odgovarajući regulatori podešavaju pomoću jedne od numeričkih metoda. Prednost ovog pristupa postavljanju regulatora je njegova jednostavnost i velika brzina.

Iz sistema jednadžbi za odnos između izlaza objekta ( i ) i ulaza sistema ( i ) (2.3), (2.4) proizilazi da kontrolisana veličina ne zavisi samo od dinamičkih svojstava glavnog kanala i regulatora, ali i na dinamičke osobine drugog glavnog kanala, unakrsnih kanala i od drugog regulatora. Parametar je sličan. Stoga se upravljački dio sistema mora konfigurirati uzimajući u obzir dinamičke osobine ne samo odgovarajućeg glavnog kanala, već i uzimajući u obzir utjecaj dinamike unakrsnih kanala. Stoga je nedostatak ovog pristupa podešavanju regulatora neoptimalnost rezultirajućih parametara podešavanja.

Razmotrimo drugi pristup. Proračun prelaznog procesa u isključenom upravljačkom sistemu vrši se pomoću sljedećeg sistema jednadžbi konačnih razlika:

, gdje su težinski koeficijenti za koje su ispunjeni sljedeći uvjeti:

Indikatori kvaliteta za odgovarajući izlaz sistema, koji se koriste kao kriterijumi optimizacije. Veća težina se dodeljuje indikatoru kvaliteta rezultata čija je regulacija najvažnija.

Kada se koristi konvolucija, problem optimizacije se formira na sljedeći način: . Kada koristite metodu gradijenta kao numeričku metodu optimizacije, algoritam optimizacije (algoritamski dijagram) će biti isti kao i za sistem sa jednom petljom. Razlika će biti u tome što će se pri proračunu procesa tranzicije koristiti sistem jednačina (3.0) i početni uslovi (3.1). Prilikom izračunavanja parcijalnih izvoda kriterija korištenjem optimalnih postavki, može se koristiti jedan od dva pristupa opisana gore (sa i bez upotrebe kvazianalitičkih rekurentnih ovisnosti). Kod upotrebe jednadžbi konačnih razlika potrebno je uzeti parcijalne izvode svih jednačina sistema (3.0) za sva podešavanja oba regulatora. Početni uvjeti za izračunavanje numeričkih vrijednosti rezultirajućeg sistema jednadžbi konačnih razlika moraju se postaviti slično početnim uvjetima (3.1).

Kaskadno upravljanje je regulacija u kojoj su dvije ili više upravljačkih petlji povezane tako da izlaz jednog regulatora prilagođava zadanu vrijednost drugog regulatora.

Slika iznad je blok dijagram koji ilustruje koncept kaskadne kontrole. Blokovi na dijagramu zapravo predstavljaju komponente dvije upravljačke petlje: master petlje, koju čine upravljački elementi A, E, F i G, i slave petlje, koju čine upravljački elementi A, B C, i D. Izlaz kontrolera glavne petlje je referenca (zadana vrijednost) za podređeni kontroler kontrolne petlje. Podređeni regulator kola proizvodi upravljački signal za aktuator.

Za procese koji imaju značajne karakteristike kašnjenja (kapacitivnost ili otpor koji usporavaju promjene u varijabli), podređena kontrolna petlja kaskadnog sistema može ranije otkriti neusklađenost u procesu i na taj način smanjiti vrijeme potrebno za uklanjanje neusklađenosti. Možemo reći da podređena kontrolna petlja “dijeli” kašnjenje i smanjuje utjecaj smetnje na proces.

U kaskadnom upravljačkom sistemu koristi se više od jednog primarnog senzorskog elementa, a kontroler (u podređenoj upravljačkoj petlji) prima više od jednog ulaznog signala. Prema tome, kaskadni sistem upravljanja je sistem upravljanja sa više petlji.

Primjer kaskadnog upravljačkog sistema

U gornjem primjeru, kontrolna petlja će na kraju biti vodeća petlja pri izgradnji kaskadnog kontrolnog sistema. Slave kolo će biti dodato kasnije. Svrha ovog procesa je zagrijavanje vode koja prolazi kroz unutrašnjost izmjenjivača topline, teče oko cijevi kroz koje prolazi para. Jedna od karakteristika procesa je da tijelo izmjenjivača topline ima veliku zapreminu i sadrži puno vode. Velika količina vode ima kapacitet koji joj omogućava da zadrži veliku količinu toplote. To znači da ako se promijeni temperatura vode koja ulazi u izmjenjivač topline, te promjene će se odraziti na izlazu iz izmjenjivača s velikim zakašnjenjem. Razlog kašnjenja je veliki kapacitet. Još jedna karakteristika ovog procesa je da parne cijevi odolijevaju prijenosu topline sa pare unutar cijevi na vodu izvan cijevi. To znači da će doći do kašnjenja između promjena u protoku pare i odgovarajućih promjena temperature vode. Razlog za ovo kašnjenje je otpor.

Primarni element u ovoj regulacijskoj petlji kontrolira temperaturu vode koja izlazi iz izmjenjivača topline. Ako se temperatura izlazne vode promijenila, odgovarajuća fizička promjena u primarnom elementu se mjeri pomoću pretvarača, koji pretvara vrijednost temperature u signal koji se šalje regulatoru. Regulator mjeri signal, upoređuje ga sa zadatom točkom, izračunava razliku, a zatim proizvodi izlazni signal koji upravlja regulacijskim ventilom na parovodu, koji je krajnji element regulacijske petlje (kontrolni element). Ventil za kontrolu pare ili povećava ili smanjuje protok pare, omogućavajući da se temperatura vode vrati na zadanu tačku. Međutim, zbog karakteristika kašnjenja procesa, promjena temperature vode će biti spora i proći će dosta vremena prije nego što kontrolna petlja može očitati koliko se promijenila temperatura vode. Do tada je možda došlo do prevelikih promjena temperature vode. Kao rezultat toga, kontrolna petlja će generirati pretjerano snažno kontrolno djelovanje, što može dovesti do odstupanja u suprotnom smjeru (prekoračiti), i opet će „čekati“ rezultat. Zbog sporog odgovora kao što je ovaj, temperatura vode može se dugo povećavati i snižavati prije nego što se vrati na zadanu tačku.

Prolazni odziv kontrolnog sistema je poboljšan kada se sistem dopuni drugom kaskadnom kontrolnom petljom, kao što je prikazano na gornjoj slici. Dodata petlja je kaskadna kontrolna slave petlja.

Sada, kada se protok pare promijeni, ove promjene će osjetiti element senzora protoka (B) i izmjeriti ih transmiter (C), koji šalje signal podređenom kontroleru (D). Istovremeno, temperaturni senzor (E) u glavnoj upravljačkoj petlji bilježi svaku promjenu temperature vode koja izlazi iz izmjenjivača topline. Ove promjene mjere mjerni pretvarač (F), koji šalje signal glavnom kontroleru (G). Ovaj kontroler obavlja funkcije mjerenja, poređenja, proračuna i proizvodi izlazni signal koji se šalje podređenom kontroleru (D). Ovaj signal korigira zadanu vrijednost slave kontrolera. Podređeni regulator zatim uspoređuje signal koji prima od senzora protoka (C) s novom zadatom vrijednosti, izračunava razliku i generiše signal korekcije koji se šalje kontrolnom ventilu (A) kako bi se podesio protok pare.

U regulacionom sistemu sa dodatkom podređene regulacione petlje glavnoj petlji, dodatna petlja odmah oseti svaku promenu u protoku pare. Potrebna podešavanja se vrše gotovo odmah, prije nego što poremećaji protoka pare utiču na temperaturu vode. Ako dođe do promjena u temperaturi vode koja izlazi iz izmjenjivača topline, senzorski element opaža te promjene i glavna upravljačka petlja prilagođava zadanu vrijednost regulatora u podređenoj regulacijskoj petlji. Drugim riječima, postavlja zadanu tačku ili "pomiče" regulator u podređenoj kontrolnoj petlji kako bi podesio protok pare kako bi se postigla željena temperatura vode. Međutim, ovaj odgovor podređenog regulatora petlje na promjene u protoku pare smanjuje vrijeme potrebno za kompenzaciju smetnji zbog protoka pare.