Сучасні меліоративні системи

ΔХ=Хвх-хос.                     /1/

Замкнутий контур передачі робочої інформації складають наступні елементи: вимірювальний пристрій – суматор - підсилювач - виконавчий пристрій - об'єкт керування - вимірювальний пристрій. Системи автоматичного керування, що мають один замкнутий контур, називаються одноконтурними. Системи, що складаються з декількох замкнутих контурів, називаються багатоконтурними.

В залежності від способу формування вхідного сигналу хвх замкнуті системи поділяють на три види: системи автоматичного регулювання, системи програмного керування і слідкуючі системи.

В системах автоматичного регулювання хвх=const, і регульована величина підтримується сталою. Тому системи регулювання часто називають стабілізуючими, і вони складаються з об'єкта регулювання і регулятора.

Якщо до складу регулятора не входить підсилювач, то він називається регулятором прямої дії. У таких регуляторах енергія вимірювального пристрою використовується для керування виконавчим органом. Наприклад, в регуляторі рівня води в резервуарі (рис.1.2,а) вимірювальний пристрій – поплавок, переміщає виконавчий орган - клапан. Точність регулювання в таких системах низька.

Щоб підвищити точність регулювання, керуючий сигнал підсилюється підсилювачем потужності до значення, необхідного для керування виконавчим пристроєм. Регулятор, що містить підсилювач, називається регулятором непрямої дії.

Системи, у яких вхідний сигнал хвх - задана функція часу, називають системами програмного керування. Вихідна величина хвих у них також є заданою функцією часу. Основним джерелом інформації служить програма керування, зафіксована спеціальними пристроями - програмоносіями. Системи, у яких програма керування представлена послідовністю чисел, зафіксованих на магнітних стрічках чи інших носіях, називаються системами з цифровим програмним керуванням.

Якщо вхідний сигнал хвх змінюється в заданих межах довільно, заздалегідь невідомим чином, то такі системи називаються слідкуючими системами. Вони забезпечують стеження однієї частини машини, приладу або споруди за іншою частиною. Наприклад, погоджений рух секцій дощувальних машин досягається за допомогою слідкуючих систем.

В розімкнутих системах автоматичного керування робочою інформацією є вхідний або збурюючий вплив. У них немає засобів контролю стану об'єкта керування і вони можуть нормально функціонувати тільки при відсутності завад. Дані системи поділяються на дві групи: системи керування за збуренням і розімкнуті системи програмного керування, У системах керування за збуренням забезпечується компенсація основних збурень і тому їх називають також системами з компенсацією. Розімкнуті системи програмного керування виконують задану послідовність операцій, яка не залежать від отриманого результату. Прикладом такої системи може служити система програмного керування поливом декількох ділянок поля в заданій послідовності і заданими нормами поливу. При цьому вплив зміни тиску в магістральному трубопроводі, випаровування й інші фактори не враховується, що призводить до відхилення фактичної норми поливу від заданої. Тому розімкнуті системи програмного керування не знаходять широкого застосування.

 

Другий клас систем автоматичного керування складають системи з адаптацією, що не вимагають для побудови і функціонування повної початкової інформації. У цих системах мета керування задається у виді деякого критерію якості, наприклад, мінімуму витрати енергії, максимуму продуктивності тощо, при непередбачених змінах властивостей керованого об'єкта й умов навколишнього середовища. Адаптація (пристосування) тут полягає в тім, що системи реагують на ці зміни і перебудовують свою роботу таким чином, щоб забезпечити заданий критерій якості. При цьому дії з керування поєднуються з безперервними або періодичними випробуваннями об'єкта, які дають додаткову робочу інформацію взамін недостатньої початкової.

Найпростішим видом адаптивної системи є система екстремального керування. Показник якості роботи об'єкта може приймати різні значення в залежності від регулюючих впливів, зовнішніх збурень і інших факторів. Тому робота об'єкта керування повинна протікати так, щоб значення показника якості було максимальним.

 

Рис. 1.5. Залежність продуктивності земснаряда від консистенції пульпи:

1 – для грубозернистого піску; 2 – для дрібнозернистого піску; Q – витрата ґрунту, м3/год; k – консистенція гідросуміші, %. 

 

Об'єктом екстремального керування, наприклад, є землесосний снаряд, призначений для виконання днопоглиблювальних робіт, намиву дамб, гребель тощо. Оптимальний режим його роботи відповідає максимальній витраті твердої фази гідросуміші.

Екстремальний характер залежності продуктивності земснаряда від консистенції пульпи зумовлений тим (рис.1.5), що при збільшенні консистенції витрата піску спочатку зростає до максимального значення, а потім зменшується через зменшення витрати пульпи.

Консистенція, що відповідає максимальній продуктивності, називається оптимальною. Вона залежить від розмірів часток, питомої ваги і природного залягання піску, а також від розмірів пульпопровода й інших факторів, що змінюються в процесі роботи. Тому система керування земснарядом повинна за допомогою спеціальних пристроїв знаходити оптимальну консистенцію, щоб підтримувати максимальну продуктивність при непередбаченій дії зовнішніх збурень. Це досягається за рахунок зміни глибини занурення всмоктувального пристрою і швидкості його подачі.

 

 Автоматизовані системи управління

Особливий клас системи керування складають автоматизовані системи управління (АСУ) складними об'єктами. АСУ являє собою людино-машинну систему, що забезпечує автоматизований збір і обробку інформації, необхідної для оптимізації керування. Для функціонування АСУ потрібно найменшу у порівнянні з іншими класами систем керування кількість початкової інформації. Недостача початкової інформації поповнюється в системі за рахунок того, що ЕОМ розраховує багато варіантів можливих рішень, порівнює їх і вибирає оптимальний.

Крім розглянутої класифікації систем автоматичного керування за інформаційною ознакою, існує розподіл систем за функціональним призначенням. За цією ознакою розрізняють системи регулювання температури, тиску, рівня, витрати, швидкості, потужності, напруги тощо. 

Відповідно до виду використовуваної енергії системи керування поділяються на електричні, механічні, гідравлічні, пневматичні, електрогідравлічні й інші.

За способом формування сигналів керування розрізняють безперервні і дискретні системи. В безперервних системах сигнали керування передаються у виді безперервних величин. В дискретних сигнали керування дискретні за часом або за рівнем. Якщо дискретність здійснюється тільки за часом, то системи називаються імпульсними. Системи, у яких сигнали керування дискретні за рівнем, називаються релейними або позиційними.

В теорії автоматичного керування важливе значення має розподіл систем на лінійні і нелінійні, стаціонарні і нестаціонарні.

Лінійними називаються системи, перетворення сигналів керування в яких описується лінійними рівняннями (алгебраїчними, диференційними, інтегральними й ін.). Якщо хоча б в одному елементі відбувається нелінійне, наприклад, дискретне перетворення сигналу, то система називається нелінійною.

Системи з незмінними в часі параметрами називаються стаціонарними. Лінійні стаціонарні системи описуються лінійними рівняннями зі сталими коефіцієнтами.

Системи з параметрами, що змінюються в часі, називаються нестаціонарними. Лінійні нестаціонарні системи описуються лінійними рівняннями зі змінними коефіцієнтами.