- •1 Определения и условия автоматизациИ
- •1.1 Процесс управления
- •1.2 Основные причины применения систем автоматики:
- •1.3 Особенности металлургических объектов автоматизации:
- •1.4 Предпосылки успешной автоматизации:
- •1.5 Экономика автоматизации
- •1.6 Основные требования к автоматизации
- •2. Технологический объект и система управления
- •2.1. Описание технологического объекта управления (тоу)
- •2.2. Математическая модель тоу и основная задача автоматизации
- •3. Классификация систем автоматизации
- •I. По целям управления
- •II. По типу систем управления
- •III. По виду математического описания
- •IV. По виду сигналов
- •V. По методу управления
- •VI. По характеру задающего воздействия
- •VII. По точности поддержания управляемой величины
- •VIII. Классификация уровней асу
- •4. Переходные процессы и оценка их качества
- •4.1. Статическое и динамическое состояние систем
- •4.2. Типовые воздействия на объект
- •4.3. Понятие об устойчивости систем управления
- •4.4. Оценка качества процесса управления
- •5. Фундаментальные принципы управления
- •5.1. Принцип разомкнутого управления (по заданному значению)
- •5.2. Принцип обратной связи (управление по отклонению)
- •5.3. Принцип компенсации (управление по возмущению)
- •5.4. Пример реализации принципов управления
- •5.5. Обыкновенные и адаптивные системы
- •5.6. Оптимальные системы
- •5.7. Режимы функционирования систем автоматизации
- •6 Типовые динамические звенья
- •6.1 Свойства типовых динамических звеньев
- •6.2 Понятие передаточной функции
- •6.3 Динамические звенья первого порядка
- •6.3.1 Пропорциональное звено
- •6.3.2 Апериодическое (инерционное) звено первого порядка
- •6.3.3 Идеальное интегрирующее звено
- •6.3.5 Идеальное дифференцирующее звено
- •6.3.7 Звено чистого запаздывания
- •6.4 Класификация динамических звеньев второго порядка
- •6.5 Передаточные функции соединений динамических звеньев
- •6.5.3 Встречно-параллельное соединение звеньев
- •Или , где w(p) – пф разомкнутой системы.
- •6.6. Преобразование структурных схем
- •6.4.1. Правила переноса внешнего воздействия
- •Совмещенная частотная характеристика (афчх)
- •Частотная передаточная функция
- •Логарифмические частотные характеристики
- •7. Законы регулирования и их реализация
- •7.1. Типовые оптимальные переходные процессы регулирования
- •7.2. Законы регулирования и автоматические регуляторы
- •7.3. Синтез законов регулирования
- •7.4. Оптимальное управление
- •Технические средства автоматизации (тса) Состав и функции технических средств
- •Требования к технологическим датчикам и модулям усо
- •Требования к увк
- •Исполнительные устройства
- •Требования к исполнительным механизмам
- •Регулирующие органы
- •Разработка технических средств автоматизации
- •Приложение (для тепловых специальностей) Номенклатура пусковых устройств
- •Основные размеры поворотных клапанов
6.3 Динамические звенья первого порядка
Типовые динамические звенья первого порядка подразделяются на статические, астатические, дифференцирующие и звено чистого запаздывания.
К статическим относятся такие звенья, которые при ступенчатом входном воздействии переходят из одного положения равновесия в другое.
6.3.1 Пропорциональное звено
Это звено называют также усилительным и безынерционным. Звено описывается алгебраическим уравнением y = k x ,
где k – коэффициент передачи (усиления), имеющий размерность единицы выходной величины y, деленную на единицу входной величины x
.
Передаточная функция пропорционального звена равна его коэффициенту передачи – W(p) = k.
Переходная характеристика выглядит следующим образом (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Переходная характеристика пропорционального звена
Усилительное звено не трансформирует форму входного сигнала, а изменяет только его масштаб в k раз.
Примерами пропорциональных звеньев могут служить (рис. 6.2):
Рис. 6.2. Примеры пропорциональных звеньев
а) рычаг, если входная величина х – усилие на одном конце рычага, а выходная величина у – усилие на другом его конце (рис. 6.2,а);
б) зубчатая передача, если х = вх – угол поворота малой шестерни, а у = вых – угол поворота большой шестерни (рис. 6.2,б);
в) теплоотдача конвекцией от движущегося газа к стенке, если х –разность температур газа и стенки t = tГ – tСT, а у – количество отдаваемого тепла Q (рис. 6.2,в);
г) потенциометрический датчик измерительного прибора, если х – перемещение движка l, a у – снимаемое с датчика напряжение Uвых (рис. 6.2,г).
6.3.2 Апериодическое (инерционное) звено первого порядка
Динамика этого звена описывается дифференциальным уравнением ,
где k – коэффициент передачи; Т – постоянная времени, с.
Передаточная функция звена W(p) = k / (Tp+1).
Переходная характеристика звена h(t) = k (1 – e – t / T). Таким образом, звено накапливает энергию или вещество и, благодаря этому, Y принимает свое значение через время
Рис. 6.3. Переходная характеристика инерционного звена
На графике переходной функции (рис. 6.3) отрезок, отсекаемый касательной, проведенной в начальной точке, при установившемся значении выходной величины равен постоянной времени Т.
Следовательно, постоянная времени – это время, за которое выходная величина достигла бы своего установившегося значения, если бы изменялась с постоянной начальной скоростью. Чем больше Т, тем длительнее переходный процесс. Практически переходный процесс считается закончившимся через время 3 Т.
Примерами апериодических звеньев могут служить:
а) электропривод постоянного тока, если входная величина х подводимое напряжение и, а выходная величина у – скорость вращения n;
б) промежуточный ковш МНЛЗ, если х = Gпр – Gот – баланс поступления и расхода жидкого металла, а у – уровень металла Н;
в) нагрев тела, помещенного в среду с температурой tc (теплоотдача оценивается по закону Ньютона q = (tc – tм), где q – плотность теплового потока на нагреваемое тело; – коэффициент теплоотдачи), если tc – входная величина, а средняя температура тела tм – выходная величина;
г) электрическая RC-цепочка, если Uвх = х, а Uвых = у.
Рис. Примеры апериодических звеньев первого порядка
Рис. 6.4. Примеры инерционных звеньев
Астатические (интегрирующие) звенья – это такие звенья, у которых после поступления на вход ступенчатого воздействия выходная величина не приходит к установившемуся значению (как у статических), а непрерывно изменяется.