Л_01_тема_1_осн_понятия об авт_дополнение
advertisement
Карагандинский государственный технический университет Кафедра «Автомобильный транспорт» Специальность: 050713 «Транспорт, транспортная техника и технологии» Дисциплина «Основы теории автоматического управления» Тема занятия: Основные понятия об автоматике и автоматизации Старший преподаватель кафедры АТ: Шалаев Владимир Васильевич всего 27 слайдов 1 Основные понятия об автоматике и автоматизации План лекции: 1. Классификация САУ 2. Основные определения и общие свойства САУ 3. Специфика автоматизации транспорта и транспортной техники 4. Первичные и промежуточные элементы автоматики 5. Автоматический контроль параметров движения всего 27 слайдов 2 1. Классификация САУ Предметом курса является изучение теоретических основ и принципиальных схем приборов, предназначенных для измерения и автоматического контроля параметров технологических процессов, автоматического управления и регулирования в конструкции автомобилей, технологического оборудования для ТО и ТР всего 27 слайдов 3 1. Классификация САУ Основа существования материальных объектов - движение Неконтролируемое воздействие – Возмущение Взаимодействие Преобразование Целенаправленное воздействие – Управление Новое состояние всего 27 слайдов 4 1. Классификация САУ Управление — это целенаправленное информационное воздействие одной системы (или подсистемы) на другую, стремящееся изменить поведение этой системы (подсистемы) в определенном направлении Иерархия системы – уровни подчиненности Система Кинетика системы – • граничные состояния, • движущие силы, • динамика системы всего 27 слайдов 5 1. Классификация САУ Исторический экскурс: • Андроиды – устройства, копирующие • • • • движения человека Механические часы - изобретение и разработка Игрушки – как прообраз робототехники КИП – средства контроля Поточные линии – повышение производительности труда • Автоматизированные комплексы • Интеллектуальные автоматические всего 27 слайдов устройства 6 1. Классификация САУ Необходимость развития автоматики: • АВТОМАТИКА — это методы и средства высвобождения физического труда человека при контроле и управлении техническими процессами • АВТОМАТИКА позволяет значительно увеличивать скорость и точность выполнения технологических операций • АВТОМАТИКА обеспечивает работу устройств, где присутствие человека исключается вследствие вредности, опасности, недоступности и других условий, затрудняющих контакт с объектом управления всего 27 слайдов 7 1. Классификация САУ Классификация автоматических устройств Нерефлекторные Рефлекторные Однократные Многократные Замкнутый цикл Разомкнутый цикл Стабилизирующие Однократные Следящие Программные Многократные всего 27 слайдов 8 2. Основные определения и общие свойства САУ Структурное изображение элемента автоматики Х У Z Х У всего 27 слайдов 9 2. Основные определения и общие свойства САУ Y Y У’ Нелинейная Линейная У’ У Х2 Х1 Х У Зона нечувствительности всего 27 слайдов Х1 Х 10 2. Основные определения и общие свойства САУ Воздействие — величина, выражающая влияние материального объекта на другой объект в процессе их взаимодействия. Возмущающее воздействие — неконтролируемое, случайное воздействие, которое влияет на функционирование объекта. Управляющее воздействие — специально сформированное воздействие, приводящее к достижению заданной цели. Задающее воздействие — величина, определяющая планируемое воздействие на входе регулятора. Воздействующая величина — переменная физическая величина, характеризующая процесс воздействия и влияющая на поведение объекта (системы, элемента). Входная величина — физическая величина (переменная или постоянная), характеризующая поступающий на вход объекта материальный поток. Выходная величина — физическая величина, характеризующая поступающий на выход объекта материальный поток всего 27 слайдов 11 2. Основные определения и общие свойства САУ • Система – это совокупность элементов; • Элемент – условно неделимая часть системы, обладающая свойствами; • Компоненты – составные части элементов системы; • Связи – это соединения элементов, определяющие их свойства • Моделирование - исследование какого-либо объекта путем построения и изучения моделей • Модель – это условный образ, отражающий определенные характеристики объекта, необходимые для решения задач. всего 27 слайдов 12 2. Основные определения и общие свойства САУ Структурные схемы соединений элементов всего 27 слайдов 13 3. Специфика автоматизации транспорта и транспортной техники Специфика автоматизации транспортной техники определяется основными требованиями технологического процесса нормального функционирования транспортной техники и их отдельных узлов и агрегатов. Частным случаем систем автоматического управления являются системы автоматического регулирования, которые в большом количестве используются в транспортной техники: регуляторы давления воздуха в ресивере компрессоров, подачи топлива к двигателям внутреннего сгорания и дизелям; регуляторы электрического напряжения в зарядных генераторах постоянного тока, температуры, уровня, давления массы, длины, теплопроводности и электропроводности систем и рабочих тел транспортной техники, частоты вращения и т.д. всего 27 слайдов 14 3. Специфика автоматизации транспорта и транспортной техники всего 27 слайдов 15 3. Специфика автоматизации транспорта и транспортной техники Задачи управления на транспорте: • Управление техническими объектами; • Управление технологическими объектами; • Управление производственными системами •Контроллер – устройство управления техническим объектом; Термины: •Диспетчер – лицо, централизованно управляющее объектом; •Менеджер - администратор всего 27 слайдов 16 3. Специфика автоматизации транспорта и транспортной техники Техническими объектами являются: • вещества (конструкционные, эксплуатационные и другие материалы); • способы (методы) получения и преобразования веществ (пооперационные технологические процессы); • устройства - устройства-преобразователи, транспортные устройства (средства связи), устройства-накопители (средства хранения) вещества, энергии, информации). всего 27 слайдов 17 3. Специфика автоматизации транспорта и транспортной техники Функция элемента системы: Х Преобразование входного сигнала У В поточном представлении системы выделяется движение материальных потоков в соответствии с естественными процессами всего 27 слайдов 18 3. Специфика автоматизации транспорта и транспортной техники При решении технических задач получения, преобразования, передачи и использования информации главной проблемой является выбор формы сигналов (модуляции), количества и качества информации. При обработке накопленной информации создается новая информация. Технический объект характеризуется определенными свойствами, которые могут быть выделены из общего потока информации и определены с помощью технических средств. В системах управления различают измеряемые, контролируемые, регулируемые, регулирующие (управляющие) и промежуточные величины. Величины, характеризующие условия протекания процесса в объекте управления, называют параметрами. всего 27 слайдов 19 всего 27 слайдов 20 Механические параметры характеризуют: энергетические процессы: силу, момент, давление, механическое напряжение и др. (натяжение лент и ремней, крутящие моменты на валах машин и оборудования, давление в трубопроводах, механические напряжения в конструкциях); свойства вещества: массу, плотность, твердость, прочность и т.д. Пространственные (геометрические) параметры характеризуют: энергетические процессы: скорость (линейную, угловую), ускорение, частоту вращения; свойства тел: длину (размер, деформацию, положение узлов на технологических агрегатах, размер деталей, изделий и т.д.), площадь, объем (уровень). всего 27 слайдов 21 Тепловые параметры характеризуют: энергетические процессы: температуру, тепловой поток, теплотворную способность и т.д.; свойства вещества: теплоемкость, теплопроводность Химические параметры характеризуют: энергетические процессы: химический потенциал, количество вещества и т.д.; свойства вещества : состав вещества, молекулярную массу и т.д. Электрические параметры характеризуют: энергетические процессы : силу тока, напряжение; свойства вещества : сопротивление, емкость. всего 27 слайдов 22 Магнитные параметры характеризуют: энергетические процессы: магнитодвижущую силу, напряженность магнитного поля и т.д.; свойства вещества: индуктивность, магнитное сопротивление и т.д. Оптические параметры характеризуют: энергетические процессы: силу света, яркость, освещенность и т.д.; свойства вещества: коэффициент отражения, коэффициент поглощения и т.д. Ядерные (радиационные) параметры характеризуют: энергетические процессы: интенсивность излучения; свойства вещества: коэффициент поглощения и т.д. всего 27 слайдов 23 Непрерывные и дискретные процессы. Любая величина, характеризующая технический объект, может быть представлена некоторой зависимостью (формой процесса). Такие формы процессов в общем случае представляют собой случайные функции времени и могут подразделяться на четыре вида: 1 непрерывные по значению и времени (аналоговые) 2 непрерывные по значению и дискретные по времени (дискретные) 3 квантованные по значению (ступенчатые) и непрерывные по времени (квантованные) 4 квантованные по значению и дискретные по времени (дискретноквантованные) всего 27 слайдов 24 Модуляция Для передачи информации необходим носитель информации, т.е. поток вещества с определенными информационными параметрами. При отсутствии модулирующего сигнала носители информации по форме могут быть постоянного уровня и в виде периодических (гармонических) колебаний. всего 27 слайдов 25 всего 27 слайдов 26 Помехоустойчивость системы До 100% До 1% всего 27 слайдов До 50% 27 Преобразователи систем управления Уравновешивающее преобразование Прямое преобразование Непрямое преобразование Преобразование с обратной связью всего 27 слайдов 28 Параметр — величина, характеризующая свойства объекта управления или процесса. Показатель — параметр, отражающий совокупность потребительских свойств объекта управления. Различают единичный показатель, относящийся только к одному из свойств объекта, комплексный показатель, относящийся к нескольким свойствам объекта, и интегральный показатель качества продукции. Вход и выход — места (точки) измерения входной и выходной величин. Система управления — система, в которой осуществляется процесс управления. Объект управления — технический объект, нуждающийся для успешного функционирования в специально сформированном воздействии. Управляющая подсистема — часть системы управления, в которой формируется алгоритм управления. всего 27 слайдов 29 4 Первичные и промежуточные элементы автоматики Алгоритм - словесное, графическое или аналитическое описание процесса и условий его выполнения. В общем случае под алгоритмом понимают набор правил, указывающих, какие действия и в какой последовательности необходимо выполнить, чтобы решить поставленную задачу. Алгоритм управления — совокупность предписаний (операций управления), определяющих характер и последовательность воздействия на объект управления в целях реализации им заданной функции преобразования или алгоритма функционирования. Алгоритм функционирования — совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению процесса в объекте. Алгоритм функционирования определяет рабочие операции, выполняемые техническим объектом управления в соответствии с целью управления. всего 27 слайдов 30 4 Первичные и промежуточные элементы автоматики Структурная схема АСУ системы охлаждения двигателя Радиатор - вода Измеритель температуры воды ЭММ, вентилятор Тепловое реле Промежуточные элементы всего 27 слайдов 31 4 Первичные и промежуточные элементы автоматики Под САУ понимается совокупность объекта управления (ОУ) и управляющего устройства (УУ). САУ = ОУ + УУ всего 27 слайдов 32 Резюме: Теория автоматического управления (ТАУ) появилась во второй половине 19 века сначала как теория регулирования, затем как ТАУ Основной задачей автоматического управления является поддержание определенного закона изменения одной или нескольких физических величин, характеризующих процессы, протекающие в ОУ, без непосредственного участия человека. Управление каким-либо объектом (ОУ) есть воздействие на него в целях достижения требуемых состояний или процессов. Автоматическим управлением называется Управление объектом с помощью технических средств без участия человека. Системой автоматического управления (САУ) называется Совокупность ОУ и средств АУ. Управляемыми величинами называются те величины, от которых зависит состояние объекта управления. Если в качестве ОУ рассматривается система охлаждения ДВС, то управляемой величиной будет температура, которая должна изменяться по заданной программе в соответствии с требованиями процесса работы двигателя. всего 27 слайдов 33 Фундаментальные принципы управления • принцип разомкнутого управления, • принцип компенсации, • принцип обратной связи (найдите соответствие каждому принципу) всего 27 слайдов 34 всего 27 слайдов 35 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. Что называется управлением? Что называется автоматическим управлением? Что называется системой автоматического управления? Что является основной задачей автоматического управления? Что называется объектом управления? Что называется управляемой величиной? Что называется управляющим органом? Что называется чувствительным элементом? Что такое входная и выходная величины? Что называется управляющим воздействием? Что называется возмущением? Что называется отклонением от заданной величины? Что называется управляющим устройством? Что называется задающим устройством? Что называется функциональной схемой и из чего она состоит? В чем отличие сигнала от физической величины? В чем суть принципа разомкнутого управления? В чем суть принципа компенсации? В чем суть принципа обратной связи? Перечислите достоинства и недостатки принципов управления? Какой частный случай управления называется регулированием? В чем отличие систем прямого и непрямого регулирования? всего 27 слайдов 36
