Построение функциональной схемы автоматического управления с усилителем мощности

Министерство образования  и науки Самарской области

 государственное  бюджетное образовательное учреждение  среднего профессионального образования

«Тольяттинский технический  колледж ВАЗа»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

по дисциплине

 

«Устройство автоматического управления»

 

На тему

 

«Построение функциональной схемы автоматического  управления с усилителем мощности»

 

                                           КП 12.151001.01 ПЗ

 

 

 

 

 

Разработал  студент:  ТМ-09-41    _________/Семенова А.В./

                                                                   ^Группа               Подпись                   ^{Ф И.О.}

 

Руководитель  проекта:                                       /Тапилина Т.В./

         Подпись

 

 

 

 

Оценка за качество и соблюдение Государственных стандартов                __________

Оценка за ритмичность                                                                                    ___________

Оценка за защиту курсового проекта                                                             ___________

Общая оценка                                                                                                  ___________

 

Тольятти 2012

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1 Основные понятия  и определения…………………………………………….4

2  Примеры систем  автоматического управления……………………………..5

3  Цели и принципы  автоматического управления…………………………...14

4 Типовая функциональная схема  системы автоматического управления…16

5  Математические модели  САУ………………………………………………18

6  Классификация и  структурные схемы САУ………………………………..20

 Список используемой  литературы……………………………………………28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ведение

Теория автоматического  управления — это  область науки  и техники,   охватывающая   теорию  и  принципы   построения  систем  управления,  действующих  без  непосредственного   участия   человека.

           В  настоящее   время   автоматические  системы   широко  применяются  во  всех   областях  деятельности  человека —  в  промышленности,   на транспорте,   в  устройствах   связи,   при   научных   исследованиях   и  др.

Во  многих  отраслях  техники   возможность  автоматизации   управления   определяет  дальнейшее   их  развитие.  Так,   без  автоматизации невозможно   построение  энергетических  систем  (в   частности,  атомных),  современных  химических   и   металлургических  производств, пилотируемых,  беспилотных  и  космических  летательных   аппаратов  и  др.

С  экономической  точки   зрения  автоматизация   является  одним   из 

перспективных  направлений  развития  всех   отраслей  науки   и  техники, так  как  она  способствует повышению  производительности труда,

снижению   материальных,   энергетических  и  людских   затрат,  а  следовательно,  повышению   эффективности  любого  производства.

В  различных  технологических   и  производственных   процессах   величины,   их  характеризующие,   должны   удовлетворять   определенным  

условиям.  Например, в энергосистемах необходимо поддерживать на 

конкретном   уровне  значения  напряжения   и  частоты,  в  авиации,  ракетной технике  и космонавтике —  управлять  движением летательных  

аппаратов   по  высоте,   заданному   направлению  (курсу)  или   траектории   в  пространстве,  на  производстве —  обеспечивать  работу  отдельных   станков,   участков  и  цехов  в  автоматическом   или   автоматизированном  режимах.

Создание условий, гарантирующих требуемое протекание  любого  процесса,  называется  управлением.  Машина,  аппарат,   агрегат,   комплекс   машин  или   система,  в   которых   протекает   процесс,  подлежащий  управлению,  называются  объектами  управления.

 

1. Основные понятия и определения

 

Теория  автоматического   управления  (ТАУ) —   это   совокупность 

методов   и   специального   математического  аппарата,   позволяющая 

спроектировать  работоспособную  промышленную  систему   автома-тического   управления  (САУ),  отвечающую  заданным   требованиям 

по  качеству   ее   работы.

Система автоматического  управления — это  совокупность тех-нических  средств  для   управления  регулируемым   параметром,   в  ко-торой  вычислительные  и логические операции осуществляются  с по-мощью  специальных  технических   устройств:   автоматического   регу -лятора,  программируемого   контроллера   или   управляющей  вычисли-тельной   машины   (УВМ).

Основной частью (узлом, элементом) САУ является  объект  управ ­

ления  — техническая  установка  или  технологическая  цепь установок,  

физико-химические  процессы  в  которых   управляются   (регулируются)  с  помощью  специальных  технических   средств.

Технологические   параметры  —  это   физико-химические  величины,   характеризующие  состояние   технологического  процесса  в   объекте  управления (например, температура, давление,  скорость вращения   и  др.).

Регулируемый   параметр  —  это   технологический   параметр,   значением  которого  управляют  с   помощью  специальных  технических  

средств.   Число   регулируемых  параметров,   как   правило,  значительно  

меньше  общего  числа   технологических   параметров.

Система  ручного   регулирования   (СРР) —  это   совокупность  тех-нических  средств  для   управления  регулируемым   параметром,   в  ко-торой   вычислительные   и  логические  операции  осуществляются   че-ловеком —  оператором.   Принято  считать,   что   такая   система   замкнута   на  человека,  или   в  техническом   смысле  разомкнута.

Под   воздействиями  в  теории  автоматического   управления  понимают  факторы,  изменяющие  течение   технологического  процесса  в объекте   управления.   Различают   возмущающие   и  управляющие  воздействия.

Возмущающие   воздействия   носят  случайный,  трудно  предсказуе -мый  характер.  К  ним   относятся,   например,   изменение   температуры  

наружного   воздуха,   колебания   напряжения   в  электросети   и др.

Управляющие  воздействия  на  объект  управления  организуются 

техническим   устройством   (в   САУ)  или   оператором  (в   СРР)  для   ком -пенсации  влияния   возмущающих   воздействий.

Под   сигналами  в  ТАУ   понимают   совокупность  потоков   энергии  

или   вещества,   поступающих  в  объект  управления  или   выходящих  из 

него,  возмущающие   и  управляющие  воздействия,  а  также   регулиру-емые  параметры.

По  направлению  различают   входные   и  выходные   сигналы   объекта  управления.  Так,  возмущающие  и управляющие воздействия  будут входными   сигналами   для   объекта   управления;   регулируемый   же  параметр  в  ТАУ   всегда   принимают  за   выходной   сигнал  объекта   управления,  даже  если  он  физически  не  выходит   за   пределы   объекта   (например,   температура   в  топке   котла,   уровень   вещества  в  бункере,  напряжение  на  обмотках  электродвигателя  и  др.).

 

2 Примеры систем автоматического управления

 

Параметры  технологических   процессов   (ТП),   их  характеристики 

изменяются   по  определенным   законам   (или  могут  быть  постоянны).  

Для   достижения   целей   управления  во  всех   отраслях  техники   возникает   необходимость  изменения  параметров  с  учетом  заданного   закона.  Для   этого  используют  функциональные  модели,  изображаемые   в виде  схем  (рис.  1.1,  а),   на  которых   элементы  САУ  обозначают  прямоугольником   с  надписью,   а  сигналы,  поступающие  на  эти   элементы, —   стрелками.

Любой  параметр  процесса,   представляющий  собой   изменение 

среды,  является  сигналом.   Он  может   быть  механическим,  электрическим,   электромагнитным,  оптическим   и  т.д.   Параметры,  содержащие   информацию,  называются  информационными.  Например,  сигналом  является электрическое  напряжение,  информационным  параметром —  амплитуда   этого  сигнала.

Аналоговым   называется  сигнал  f(t),   информационные  параметры 

которого могут принимать любые значения в заданном числовом интервале   а… b, рисунок 1,  б.

Дискретным  считается   сигнал,  информационные  параметры  ко-торого  принимают  только  дискретные  значения.

Рассмотрим   конкретный   технологический   процесс —  регулирование   температуры  в  электропечи   для   закаливания   металла.   Для реализации этого процесса электропечь  снабжается управляющим  (или 

регулирующим) органом, с помощью которого можно управлять  про цессом  закаливания —  изменять  температуру   в   соответствии  с   заданным   законом.

Создание  условий,  обеспечивающих  требуемое   протекание  процесса  закаливания,  т.е.   поддержание  необходимого  режима,   называется   управлением.  Управление  может   быть  ручным   или   автоматическим.   При  ручном  управлении  воздействие   на  управляющий   орган  осуществляет  человек,   наблюдающий   за   ходом   процесса. Функциональной схемой называется символическое изображение всехфункциональных  элементов   технологического  процесса  и  связей   между   ними,  отражающее   последовательность  процессов   в   системе.

Рисунок 1- Функциональный  элемент   САУ:

а — схема  прохождения сигнала;  б — аналоговый сигнал f(t)

Рисунок 2 -  Функциональная  схема   технологического  процесса  закаливания металла  в  электропечи

 

Представим с помощью функциональной схемы  технологический  

процесс   закаливания   металла   в   электропечи   с   участием  оператора,  

рисунок 2.   Данная  система   поддерживает  необходимый  режим,  т.е.  

изменение  температуры  у(t) в электропечи  по заданному  закону. Для  

обеспечения  требуемого процесса электропечь  снабжается двумя  элементами: термопарой,  с выхода которой  получают электрическое  напряжение  x(t),   пропорциональное   температуре   в  электропечи,  и  реостатом,  с  помощью  которого  меняется  сопротивление  в  цепи  ее   нагрева.   При  увеличении  сопротивления  ток   в  цепи  нагрева  уменьшается,  а   следовательно,  уменьшается  и   температура   в   электропечи. 

При  уменьшении   сопротивления  ток   возрастает   и  температура   увеличивается.

С  учетом  показаний   прибора,  на  котором   фиксируется   реальная 

температура  в электропечи, и того, в какую  сторону  она  отклонилась  

от  заданного   значения,   оператор  перемещает  движок  реостата.  При 

этом  отклонение  реальной  температуры  в  электропечи   от  заданной 

не  должно   превышать  допустимого   значения  ε ( t ).   В   системе   имеет  

место  так   называемая  обратная   связь  (ОС).   Важнейшее  звено   рассмотренного  технологического процесса — оператор, следовательно,  

эта  система   является  ручной.

При  автоматическом   управлении   процессом  воздействие   u ( t )   на

управляемый  орган   (реостат)  осуществляет  специальное   управляющее  устройство.  Рассмотрим   схему   реализации  приведенного  технологического   процесса  без  участия   человека,  в  которой   перемещение движка  реостата   в  зависимости   от  наблюдаемого   отклонения  температуры  выполняется  с   помощью  двигателя   (привода). Поскольку с выхода термопары получают сигнал очень небольшой мощности  (недостаточной   для   питания   даже  небольшого  приводного  двигателя), в  схему   вводят  промежуточное  звено —   усилитель   мощности.  Схема  реализации процесса закаливания  металла в электропечи  без участия человека представлена на рисунок 3, а.  Здесь сигнал у(t) (заданной  температуры в печи) называют управляющим , сигнал х(t) (реальной  тем -пературы) —  управляемой  переменной ,   а   систему,  реализующую  процесс   закаливания, —   системой   автоматического   управления.