АТУ Всього—————198 годин З них Лекції

АТУ • Всього---------------198 годин. З них: • Лекції --------------- 51 година • Практичні заняття ------- 17 годин • Лабораторні заняття----- 34 години • Курсова робота--------- 36 годин • Самостійна робота------ 60 годин • Звітність – екзамен

Література • 1. Плетнев Г. П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций: Учебник. – 3 -е изд. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 314 с. • 2. Промислові засоби автоматизації: Ч. 2. – Регулювальні і виконавчі пристрої / За заг ред. А. К. Бабіченко: навч. Посібник. – Х. : НТУ «ХПІ» , 2003. – 658 с. • 3. Ротач З. Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами: учеб. для вузов. – М. : Энергоатомиздат, 1985. – 296 с. • 4. Стефани Е. П. Основы автоматического регулирования теплоэнергетических объектов. Ч. I, Ч. II. - М. : МЭИ, 1970. – 242. – 138 с. • 5. Проектування систем автоматизації технологічних процесів: навч. Посібник / В. І. Тошинський, М. О. Подустов. – Х: НТУ «ХПІ» , 2006. – 412 с. • 6. Герасимов С. Г. Теоретические основы автоматического регулирования тепловых процессов. - М. : Высшая школа, 1997.

Лекція 1 Тема 1. Основні поняття автоматики. Принципи побудови АС

Мета і завдання дисципліни АТУ Мета – вивчення теоретичних основ побудови автоматичних систем і їх елементів, принципів їх дії та розрахункового дослідження. Завдання – вивчення теорії автоматичного регулювання, а також принципів побудови систем автоматичного регулювання теплоенергетичних установок. Теоретичною основою автоматизації є теорія автоматичного регулювання (ТАР).

• Предметом ТАР є інформаційні АС, які дозволяють здійснити процес регулювання безпосередньої участі людини. • Система автоматичного регулювання являє собою взаємозв'язану систему автоматичного регулюючого пристрою (АРП) і об'єкта регулювання (ОУ). САР=АРП+ОР.

Завдання ТАР А) Аналіз АС - визначення параметрів, що характеризують їх роботу: • 1. Стійкість АС. • 2. Статичну точність АС – визначення помилки регулювання на сталих режимах роботи при відомих параметрах АС. • 3. Динамічну точність АС – визначення динамічних характеристик на несталих режимах (часу регулювання, закидань регулюємого параметру). • Б) Синтез АС – визначення параметрів елементів АРП з вимог стійкості і заданої якості регулювання при дотриманні всіх обмежень, що накладаються на параметри ОК (статичної та динамічної точності).

1. 1. Терміни та визначення Керування – це доцільна організація процесу з метою отримання заданої його ефективності. Регулювання – це підвид керування, при якому параметри процесу підтримуюються в заданих межах. Інформаційні САР – системи, регулювання в яких здійснюється на підставі інформації про умови процесу і результати регулювання. Детерміновані САР – системи, в яких регулювання здійснюється за жорсткими, заданими в часі програмами (напр. запуск ГТД). Об'єкт регулювання (ОР) – це частина системи, в якій відбувається процес, що підлягає регулюванню.

• Регульований параметр (РП) – параметр процесу, що характеризує його стан і контролюється автоматичним пристроєм. • Регулюючий фактор (РФ) – фізична величина, яка прямо або побічно впливає на регульований параметр. • Регулюючий орган (РО) – конструктивний елемент, який забезпечує змінення РФ. • Зовнішнє збурення (ЗЗ ) – фізична величина навколишнього середовища, яка істотно впливає на процес.

1. 2 Структурні схеми САР. • У автоматиці АС прийнято зображати у вигляді структурних схем, на яких елементи АС умовно зображуються прямокутниками з назвами елементів, а функціональні зв'язки стрілками, причому напрямок стрілки показує і напрям впливу. ЗЗ АРП РФ ОР РП

1. 3. Принцип регулювання за відхиленням. • Принцип регулювання АС – це основні положення (правила), що визначають взаємодію АРП і ОР, а, отже, структуру самого АРП і його властивості. • В АС з принципом регулювання за відхиленням регулятор «стежить» за регульованим параметром і порівнює поточне значення РП з його еталонним (заданим) значенням. Якщо РП відхиляється від заданого значення, то регулятор змінює значення РФ таким чином, щоб відновити задане значення РП.

В принципі регулювання закладена структура регулятора: • 1. Необхідно знати поточне значення РП, отже, потрібен датчик РП. • 2. Необхідно знати задане значення РП, отже, потрібен задавальний пристрій (ЗП). • 3. Необхідно порівнювати поточне значення РП з заданим, отже, потрібен порівнювальний пристрій (Порів. П). Порівнювання відповідає математичної операції віднімання: • =nзад-n - називається відхиленням, розузгодженням, помилкою регулювання. Якщо = 0, то nзад= n і в зміні РФ немає необхідності. Якщо > 0, то nзад> n - необхідно збільшити РФ. Якщо < 0, то nзад< n - необхідно зменшити РФ. • 4. Можливо, деякі сигнали необхідно підсилити, отже, буде потрібний підсилючий пристрій (ПП). • 5. Якщо деякі сигнали потрібно відкоригувати, буде потрібний коригувальний пристрій (КП). • 6. Необхідно потрібним чином змінити РФ – буде потрібний виконавчий пристрій (Вик. П).

Структурна схема САР, що реалізує принцип регулювання за відхиленням ЗЗ РПзад ЗП РФ Порів. П ПП Вик. П КП Дат. РП РФ РП ОР Рег. ОР РП

• Перевагою замкнутих САР є висока статична точність. Регулювання здійснюється до тих пір поки величина не задовольнятиме заданим вимогам Регулятор може нарощувати регулюючий вплив доти, поки помилка не буде дорівнювати нулю. • Недоліком замкнутих САР є обмежені динамічні можливості (обмежена швидкодія), тому що регулятор вступає в роботу тільки за наявності помилки регулювання , тобто тоді, коли зміна РП вже відбулася.

1. 4. Принцип регулювання за збуренням. • В АС з принципом регулювання за збуренням регулятор «стежить» за зовнішніми збуренями, що впливають на ОР, і відповідно до стану навколишнього середовища забезпечує таке значення РФ , щоб значення РП залишалося весь час незмінним. • Для реалізації такого принципу регулювання структура регулятора повинна мати: • 1. Датчики зовнішніх збурень. • 2. Обчислювальний пристрій (Обч. П), що формує задане значення РФ. • 3. Замкнуту підсистему регулювання РФ (Рег. РФ).

Структурна схема ЗЗ Дат. f 1 Дат. f 2 Обч. П РФзад Рег. РФ РФ Дат. f 3 ЗЗ ЗЗ Рег. РФ ОР РП

• Перевагою розімкнутих САР є висока швидкодія. РФ починає змінюватися одночасно зі зміною зовнішніх збурень, при цьому РП може і не відхилитися від заданого значення. • Недоліком розімкнутих САР є низька статична точність. • Справа в тому, що для забезпечення високої точності регулювання необхідно стежити за великим числом зовнішніх збурень, а обчислювальний пристрій, необхідний для обробки даних, буде дуже складним. Для спрощення обчислювача нехтують зовнішніми збуреннями, вплив яких незначний. У самому обчислювачі складні нелінійні залежності замінюють більш простими лінійними залежностями. В результаті таких спрощень регулювання стає неточним і до його завершення неминуче накопичується похибка.

1. 5. Комбінований принцип регулювання . • Комбіновані АС являють собою комбінацію замкнутої і розімкнутої АС, що дозволяє об'єднати їх переваги і уникнути недоліків. • Структурна схема АС буде мати вигляд: ЗЗ Рег. 1 Селектор Вик. П Рег. 2 ОР

1. 6. Критерії якості АС. • Для оцінки роботи АС, їх точності і порівняння АС між собою виникає необхідність у застосуванні загальних критеріїв якості. • Такими критеріями є: • 1. Статична точність АС - величина похибки регулювання на сталих режимах • (t) = Узад(t) – У(t) при t • • • Якщо в кінці перехідного: ε (∞) ≠ 0 - то АС називається статичною; ε (∞) = 0 - то АС називається астатичною • АС називається астатичною першого порядку, якщо вона компенсує без похибки лише ступінчастий вхідний сигнал: • ( )=0, f(t)=а(t). • АС називається астатичною другого порядку, якщо вона компенсує без похибки ступінчастий сигнал швидкості вхідного сигналу: • ( )=0, f ’(t)=а(t), f(t)=аt. • За аналогією можна ввести поняття астатизма n-го порядку. Порядок астатизма повинен бути обгрунтованим, оскільки підвищення порядку астатизма веде до ускладнення АС, зростанню її вартості і додаткових витрат енергії.

• Динамічна точність АС, або якість перехідних процесів, характеризується наступними параметрами: • Часом перехідного процесу t. R, який визначають за моментом входу кривої перехідного процесу в 5% зону усталеного значення РП. • Числом коливань за час t. R • Максимальною відносною величиною закидання (забросу) РП.

• Перехідний процес АС y(t) +5% y( ) -5% yмах t. R t

1. 7. Класифікація АС дозволяє виділити з безлічі АС невеликий клас, який відрізняється істотними ознаками, що дозволяє застосовувати єдині методи аналізу та синтезу АС.

• Класифікація АС с точки зору ТАР • 1. За принципом регулювання: • за відхиленням (замкнуті); за збуренням (розімкнуті); комбіновані. • 2. За наявністю допоміжної енергії: • прямої дії (без підсилювального пристрою); • непрямої дії (з ПП). • 3. За характером задавальної дії: • програмні • слідкувальні • стабілізації • • • 4. За точністю регулювання: статичні; астатичні

• 5. За математичним описанням: • лінійні; • нелінійні. • 6. За кількістю РП : • одномірні; • багатомірні. • 7. За характером сигналів: • безперервні; • переривані: • - релейні; • - імпульсні.