Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И.Носова»

БАЗОВЫЙ КОНСПЕКТ

ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Основы автоматизации технологических процессов ОМД» для студентов очной и очно-заочной формы обучения по специальностям:

150106, 150400, 150404.

Магнитогорск 2009

УДК 621.771: 65.011.56 (075)

Рецензенты:

Доцент кафедры ПК и СУ

Н.М.Баженов

Главный энергетик ОАО БМК

С.Е.Соловьев

Попереков И.В.

Базовый конспект лекций: Учеб. пособие . – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. – с.88.

В конспекте лекций излагаются основы прикладной теории автоматического регулирования. Рассматриваются свойства объектов регулирования и их передаточные функции, методы построения кривой разгона, импульсной и частотной характеристик. Анализируются регуляторы и законы регулирования, показатели качества регулирования и методика выбора регулятора.

Конспект лекций предназначен для студентов специальностей: 150106, 150400, 150404.

Рисунков: 45 Таблиц: 7 Библиографий: 4

УДК 621.771: 65.011.56 (075)

© ГОУ ВПО «МГТУ», 2009

© Попереков И.В., 2009

Содержание

1. Основные сведения о системах автоматического регулирования….…4

1.1.1. Разомкнутые системы жесткого управления ………………...….7

1.1.2. Замкнутые системы автоматического регулирования………...…8

1.1.3. Замкнутые самонастраивающиеся системы регулирования…...12

1.2. Объекты регулирования………………………………………………..16

1.2.1. Основные положения……………………………………………..16

1.2.2. Статические и динамические свойства объектов

регулирования……………………………………………………..21

1.2.3. Уравнения системы автоматического регулирования (САР)….32

1.3. Типовые элементарные звенья………………………………………....37

1.3.1. Соединения элементарных звеньев……………………………....43

4. Регуляторы и законы регулирования……….…………………….……45

1.4.1. Регуляторы разомкнутых систем жесткого управления……....45

1.4.2. Регуляторы замкнутых систем регулирования…………….…..45

4. Требования к системам регулирования………………….……….……63

1.5.1. Возмущения технологического процесса……………………....64

1.5.2. Показатели качества регулирования…………………………....66

1.5.3. Типовые оптимальные процессы регулирования…………..….70

1.6. Выбор регулятора и его настроек………………………………..……..73

1.6.1. Показатели качества при установке серийных регуляторов…..74

1.6.2. Как выбрать регулятор…………………………..……………….84

Библиография ………………………………………………………….…....88

3

1. Основные сведения о системах автоматического регулирования

Производственные процессы представляют собой про­цессы преобразования материалов или энергии; они протекают во времени и являются, таким образом, про­цессами динамическими.

Ход процесса и режим работы агрегата всегда можно описать с помощью одной или нескольких переменных величин, изменяющихся во времени или пространстве. Это могут быть физические величины, измеряемые не­посредственно, а могут быть и сводные показатели, которые вычисляют по результатам нескольких измерений. Чем сложнее процесс или агрегат, тем обычно боль­ше величин необходимо для его описания. Часто для описания процесса могут быть выбраны различные ве­личины, однако каждая совокупность выбранных вели­чин должна характеризовать процесс полностью. Эти переменные величины, описывающие процесс, принято называть выходными величинами.

Трудно представить себе такой реальный производ­ственный процесс, выходные величины которого сохра­няли бы нужные значения без всякого вмешательства извне, без всякого управления. Практически всегда бу­дут иметь место помехи, возмущающие воздействия, ко­торые нарушают установленный режим работы. Очевид­но, что для устранения влияния помех, а равным обра­зом для изменения хода процесса, когда это необходимо по условиям технологии, нужны организованные внеш­ние воздействия; они и представляют собой управляю­щие, или регулирующие воздействия. Все эти воздейст­вия, как полезные (регулирующие), так и вредные (помехи), принято называть входными величинами. Зна­чения и изменения входных величин определяют ход про­цесса, т. е. значения и изменения выходных величин.

Агрегат, машину или любое другое устройство со­вместно с протекающим в нем производственным про­цессом, управление которым рассматривают; называют объектом регулирования. Регулирование агрегата и протекающего в нем производственного процесса пред­ставляет собой поддержание определенных значений вы­ходных величин — постоянных или изменяющихся во времени по нужному закону.

Автоматическим регулированием называется такой процесс поддержания или изменения по заданному за­кону выходных (регулируемых) величин, который осу­ществляется без участия человека, с помощью спе­циальных устройств автоматического регулирования — автоматических регуляторов. Совокупность взаимодей­ствующих друг с другом объекта регулирования и уст­ройств автоматического регулирования называют системой автоматического регулирования. Система авто­матического регулирования — это динамическая система.

Динамической системой называют совокупность взаимодейству­ю-

4

щих друг с другом устройств, которая описывается некоторым чис­лом переменных, изменяющихся во времени и пространстве. Эти переменные являются обобщенными координатами динамической сис­темы. Минимальное число обобщенных координат, достаточное для полного описания поведения системы, называют числом ее степеней свободы. Динамическая система, содержащая источники энергии, называется активной; не содержащая источников энергии — пассив­ной. Изменение переменных, характеризующих систему, вызывается приложением воздействий. Точка приложения воздействия называ­ется входом системы, а точка, в которой (наблюдается результат это­го воздействия, — выходом.

Свойства динамической системы определяются ее фи­зическими параметрами (массой, коэффициентами тре­ния и упругости, сопротивлением, емкостью и др.). Эти параметры могут быть сосредоточенными, тогда пере­менные, описывающие поведение системы, зависят только от времени, или распределенными, тогда некото­рые из таких переменных изменяются и в пространстве.

Если все параметры системы постоянны, система на­зывается линейной. Для линейных систем имеет место принцип суперпозиции: совместный эффект нескольких воздействий равен, сумме эффектов, вызываемых каж­дым из воздействий в отдельности.

Если некоторые из параметров системы являются заданными функциями времени, то система называется линейной системой с переменными параметрами.

Система, в которой хотя бы один из параметров изменяется при изменении переменных, описывающих ее поведение, называется нелинейной системой.

По принципу действия системы автоматического регулирования подразделяют на:

разомкнутые системы жесткого управления, в которых управляющие воздействия вводятся в заранее заданные моменты времени или при заранее выбранных условиях, без контроля выходных величин объекта, независимо от их значения (рис. 1.1);

Рис. 1.1. Разомкнутая система

жесткого управления

5

замкнутые системы регулирования, в которых регулирующие воздействия вводятся по определенному закону при отклонении выходных величин от заданного значения. В такой системе (рис. 1.2) регулятор воздействует на объект, а объект по линии обратной связи воздействует на регулятор. Эти системы получили наибольшее распространение;

Рис. 1.2. Замкнутая система автома-

тического регулирования

з амкнутые самонастраивающиеся системы регулирования, в которых наряду с обратной связью по выходной величине предусматривается изменение параметров работы регулятора путем автоматического поиска в зависимости от хода процесса регулирования (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Замкнутая самонастраивающаяся

система автоматического регули-

рования

6