Лекція 1. Задачі курсу. Основні поняття і визначення. Основні принципи побудови систем автоматичного керування та їх структурні схеми. Принцип керування за відхиленням, за збуренням та системи комбінованого керування.

Центральне місце в АСК належить ЕОМ, яка відповідно до заданого алгоритму переробляє інформацію, що надходить, і видає рекомендації з найбільш ефективного керування об’єктом. Оператор відповідно до цих рекомендацій приймає рішення і формує команди керування.

Замінивши роботу оператора керуючою машиною (комп’ютером), здійснюють повну автоматизацію (вища форма керування). Якщо об'єктом керування є технологічний процес, то говорять про автоматичну систему управління технологічним процесом (АСУТП).

Вибір ступеня автоматизації гідромеліоративних об'єктів роблять на основі техніко-економічного обґрунтування. При виборі способів і засобів регулювання водорозподілом на зрошувальних системах потрібно користуватися відповідним посібником з проектування автоматизації водорозподілу на зрошувальних системах Державного комітету з водного господарства України та іншими нормативними документами. При цьому варто враховувати, що найбільша ефективність досягається у тому випадку, коли автоматизується весь технологічний процес. Так, автоматизація зрошувальної системи повинна охоплювати водорозподіл, полив, вертикальний і горизонтальний дренажі і інші процеси, що вимагає створення АСУТП.

 

 

На прикладі керування автомобілем ми показали, що система керування складається з об'єкта керування, джерела інформації про мету керування, джерела інформації про результати керування, пристрою, що виробляє керуючі впливи на основі аналізу інформації про мету і результати керування, та виконавчих пристроїв. На рис. 1. 1. наведена функціональна схема автоматичної системи, що містить ці елементи. Стрілки показують напрямок передачі інформації і керуючих впливів (сигналів керування).

 

Рис. 1. 1. Функціональна схема системи автоматичного керування

 

Як бачимо (рис 1. 1.), інформація про мету і результати керування надходить до пристрою аналізу інформації і вироблення керуючих впливів. Очевидно, що її носії повинні мати однакову фізичну природу. Як джерела інформації про результати керування служать різні вимірювальні перетворювачі, які перетворять фізичні величини, що характеризують стан об'єкта керування, у сигнали вимірювальної інформації, зручні для передачі й обробки. Наприклад, у системі регулювання рівня води у б'єфі каналу джерелом інформації є рівнемір, що перетворює значення рівня води в пропорційне значення електричної напруги. У цьому випадку і ціль керування (необхідне значення рівня води в б'єфі) також задається у виді електричної напруги.

В найпростіших системах керування аналіз інформації зводиться до порівняння сигналів, пропорційних заданому і дійсному значенням параметрів керування. Різниця між заданим і дійсним значеннями кожного параметра формується у виді сигналів керування, що надходять на виконавчі пристрої, які змінюють надходження в об'єкт енергії або речовини таким чином, щоб зменшити відхилення фактичних значень параметрів керування від заданих.

Такий принцип керування називається керуванням за відхиленням. Особливість його полягає в тому, що керуючий вплив залежить не тільки від мети, але і результатів керування. Виходить, що причина, яка обумовила зміну стану об'єкта, залежить від того, який результат вона викликає. Такий зв'язок причини і наслідку називається зворотним зв'язком. Тому системи керування за відхиленням називають також системами керування зі зворотним від’ємним зв'язком, або системами зі зворотним зв'язком.

Зворотний зв'язок замикає ланки передачі впливів від елемента до елемента (рис. 1. 1), тому системи зі зворотним зв'язком називаються замкненими системами керування.

У ряді випадків мета керування – забезпечення незмінності деякої фізичної величини, що характеризує керований процес (наприклад, рівень води у каналі, тиск води у трубопроводі тощо). Такий окремий випадок керування називається регулюванням. Сукупність засобів, за допомогою яких здійснюється регулювання, називається автоматичним регулятором. Регулятор і об'єкт регулювання утворять систему автоматичного регулювання.

Принцип керування за відхиленням лежить в основі переважної більшості автоматичних систем. Як приклад, розглянемо найпростішу замкнену систему автоматичного регулювання рівня води у резервуарі (рис. 1. 2, а). Об'єкт регулювання в цій системі – резервуар 6, у який надходить вода по трубопроводу 1 і витікає по трубопроводу 7, а регульованим параметром є рівень води. Необхідне значення рівня (мета регулювання) задається переміщенням штанги 4, на якій укріплений поплавок 5, відносно важеля 3. Поплавок є вимірювальним пристроєм і перетворює відхилення рівня від заданого значення в переміщення важеля 3. Важіль 3 зв'язаний з виконавчим органом (клапаном 2) таким чином, що при підвищенні рівня клапан закривається, а при зниженні – відкривається. В результаті при зміні рівня змінюється надходження води в резервуар і рівень автоматично підтримується сталим незалежно від того, які причини викликали його зміну. У цьому полягає основна перевага регулювання за відхиленням.

Крім керуючих впливів, на будь-який об’єкт керування діють різні збурюючі фактори, що протидіють нормальному протіканню процесу. Ці фактори прийнято називати збурюючими впливами.

 

Рис. 1. 2. Системи автоматичного регулювання рівня води у резервуарі: а – за відхиленням; б – за збуренням; в – комбінована.

 

При керуванні за відхиленням виникає деяке запізнення дії сигналів керування відносно збурюючих впливів. В окремих випадках це запізнення настільки велике, що нормальна робота системи стає неможливою.