Презентация на тему "Основы автоматизации производственных процессов"

Презентация: Основы автоматизации производственных процессов
Включить эффекты
1 из 57
Ваша оценка презентации
Оцените презентацию по шкале от 1 до 5 баллов
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
5.0
1 оценка

Комментарии

Нет комментариев для данной презентации

Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.


Добавить свой комментарий

Аннотация к презентации

Большая презентационная работа на тему: "Основы автоматизации производственных процессов", которая будет очень полезна студентам, изучающим автоматические системы. Автор подробно рассказывает о классификации подобных систем и их назначении.

Краткое содержание

  • Основы теории автоматического управления
  • Классификация САУ (САР)
  • Основные понятия ТАУ
  • Классификация САР
  • Классификация элементов САР
  • Характеристики и модели элементов и систем
  • Динамические характеристики
  • Дифференциальные уравнения
  • Преобразования Лапласа

Содержание

  • Презентация: Основы автоматизации производственных процессов
    Слайд 1

    Основы автоматизации производственных процессов

  • Слайд 2

    Основы теории автоматического управления

    Теория автоматического управления- наука, которая изучает процессы управления, методы их исследования и основы проектирования автоматических систем.

    Для осуществления автоматического управления техническим процессом создается система, состоящая из управляемого объекта и связанного с ним управляющего устройства. Как и любое техническое сооружение, система должна обладать конструктивной жесткостью и динамической прочностью.Это означает, что система должна быть способной выполнять свои функции с требуемой точностью, несмотря на инерционные свойстваи неизбежные помехи.

  • Слайд 3

    Классификация САУ (САР)

    Все системы автоматического управления и регулирования делятся на следующие основные классы:

    1 .По основным видам уравнений динамики процессов управления:

    - линейные системы;

    - нелинейные системы.

    2.Каждый из этих основных классов делится на:

    - системы с постоянными параметрами;

    - системы с переменными параметрами;

    - системы с распределенными параметрами;

    - системы с запаздыванием и т.д.

    2

  • Слайд 4

    Основные понятия ТАУ

    Параметры технологического процесса - это физические величины, определяющие ход технологического процесса (напряжение, сила тока, давление, температура, частота вращения и т.д.).

    Регулируемая величина (параметр) – это величина (параметр) технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по заданному закону.

    Объект управления (объект регулирования, ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.

    Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

    3

  • Слайд 5
    • Мгновенное значение – это значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени.
    • Измеренное значение – это значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени с помощью некоторого измерительного прибора.
    • Объект управления (объект регулирования, ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.
    • Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

    4

  • Слайд 6
    • Регулирование – это частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.
    • Автоматическое управление – это управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.
    • Входное воздействие(X) – это воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.
    • Выходное воздействие(Y) – это воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства.
    • Внешнее воздействие(F)– это воздействие внешней среды на систему.

    5

  • Слайд 7

    Регулирование – это частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.

    Типовая структурная схема одноконтурной САУ.

    6

  • Слайд 8
    • G –задающее воздействие (входное воздействие Х) – воздействие на систему, определяющее заданный закон изменения регулируемой величины).
    • u – управляющее воздействие – воздействие управляющего устройства на объект управления.
    • УУ – управляющее устройство – устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.
    • F – возмущающее воздействие – воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
    • ε –ошибка управления (ε = х – у), разность между заданным (х) и действительным (у) значениями регулируемой величины.

    7

  • Слайд 9
    • Р – регулятор, это комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по заданному закону.
    • САР – система автоматического регулирования, это система с замкнутой цепью воздействия, в котором управление u вырабатывается в результате сравнения истинного значения у с заданным значением х.
    • Дополнительная связь в структурной схеме САР , направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется обратной связью (ОС). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.

    8

  • Слайд 10

    Классификация САР

    1. По назначению (по характеру изменения задания):

    - стабилизирующая САР, это система, алгоритм функционирования которой содержит задание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении (x = const);

    - программная САР, это система, алгоритм функционирования которой содержит задание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией (x изменяется программно);

    - следящая САР, это система, алгоритм функционирования которой содержит задание изменять регулируемую величину в зависимости от заранее неизвестной величины на входе САР (x = var).

    9

  • Слайд 11

    2. По количеству контуров:

    - одноконтурные - содержащие один контур,

    - многоконтурные - содержащие несколько контуров.

    3. По числу регулируемых величин:

    - одномерные - системы с 1 регулируемой величиной,

    - многомерные - системы с несколькими регулируемыми величинами.

    Многомерные САР в свою очередь подразделяются на системы:

    а) несвязанного регулирования, в которых регуляторы непосредственно не связаны и могут взаимодействовать только через общий для них объект управления;

    б) связанного регулирования, в которых регуляторы различных параметров одного и того же технологического процесса связаны между собой вне объекта регулирования.

    10

  • Слайд 12

    4. По функциональному назначению:

    - температуры;

    - давления;

    - расхода;

    - уровня;

    - напряжения и т.д.

    5. По характеру используемых для управления сигналов:

    - непрерывные,

    - дискретные (релейные, импульсные, цифровые).

    6. По характеру математических соотношений:

    - линейные, для которых справедлив принцип суперпозиции;

    - нелинейные.

    11

  • Слайд 13

    Принцип суперпозиции (наложения): Если на вход объекта подается несколько входных воздействий, то реакция объекта на сумму входных воздействий равна сумме реакций объекта на каждое воздействие в отдельности.

    7. По виду используемой для регулирования энергии:

    - пневматические,

    - гидравлические,

    - электрические,

    - механические и др.

    8. По принципу регулирования:

    - по отклонению;

    - по возмущению;

    - комбинированные – объединяют в себе особенности предыдущих САР.

    12

  • Слайд 14

    Классификация элементов САР

    1. По функциональному назначению:

    - измерительные,

    - усилительно-преобразовательные,

    - исполнительные,

    - корректирующие.

    2. По виду энергии, используемой для работы:

    - электрические,

    - гидравлические,

    - пневматические,

    - механические,

    - комбинированные.

    13

  • Слайд 15

    3. По наличию или отсутствию вспомогательного источника энергии:

    - активные (с источником энергии),

    - пассивные (без источника).

    4. По характеру математических соотношений:

    - линейные

    - нелинейные.

    14

  • Слайд 16

    5. По поведению в статическом режиме:

    - статические, это системы в которых имеется однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями.

    - астатические , это системы в которых эта зависимость отсутствует. Пример: Зависимость угла поворота ротора электродвигателя от приложенного напряжения. При подаче напряжения угол поворота будет постоянно расти, поэтому однозначной зависимости у него нет.

    15

  • Слайд 17

    Характеристики и модели элементов и систем

    Статической характеристикой элемента называется зависимость установившихся значений выходной величины от значения величины на входе системы.

    Статическим называется элемент, у которого при постоянном входном воздействии с течением времени устанавливается постоянная выходная величина. Например, при подаче на вход нагревателя различных значений напряжения он будет нагреваться до соответствующих этим напряжениям значений температуры.

    16

  • Слайд 18

    Астатическим называется элемент, у которого при постоянном входном воздействии сигнал на выходе непрерывно растет с постоянной скоростью, ускорением и т.д.

    Линейным статическим элементом называется безинерционный элемент, обладающий линейной статической характеристикой.

    17

  • Слайд 19

    САР называется статической, если при постоянном входном воздействии ошибка управления ε стремится к постоянному значению, зависящему от величины воздействия.

    САР называется астатической, если при постоянном входном воздействии ошибка управления ε стремится к нулю вне зависимости от величины воздействия.

    18

  • Слайд 20

    Динамические характеристики

    • Переходной характеристикой h(t) называется реакция объекта на единичное ступенчатое воздействие при нулевых начальных условиях, т.е. при х(0) = 0 и у(0) = 0.
    • Импульсной характеристикой (t) называется реакция объекта на -функцию при нулевых начальных условиях.
    • Частотной характеристикой (ЧХ, АФЧХ и др.) называется зависимость амплитуды и фазы выходного сигнала системы в установившемся режиме при приложении на входе гармонического воздействия.

    19

  • Слайд 21

    Дифференциальные уравнения

    Любые процессы передачи, обмена, преобразования энергии и вещества математически можно описать в виде дифференциальных уравнений (ДУ). Любые процессы в САР также принято описывать дифференциальными уравнениями, которые определяют сущность происходящих в системе процессов независимо от ее конструкции и т.д. Решив ДУ, можно найти характер изменения регулируемой переменной в переходных и установившихся режимах при различных воздействиях на систему.

    20

  • Слайд 22

    модель

    Реальный объект

    • x0
    • у0
    • 0
    • х = х - х0
    • у = у - у0
    • F(х,у) = 0
  • Слайд 23

    Преобразования Лапласа

    • Прямое преобразование Лапласа
    • Обратное преобразование Лапласа

    22

  • Слайд 24

    Передаточные функции

    Передаточной функцией называется отношение изображения выходного воздействия Y(s) к изображению входного X(s) при нулевых начальных условиях.

    Передаточная функция является дробно-рациональной функцией комплексной переменной:

    23

  • Слайд 25

    Типовые звенья САР

    - усилительное

    Передаточная функция

    - идеально интегрирующее

    Передаточная функция

    • Выходная величина
    • Выходная величина

    24

  • Слайд 26

    - реальное интегрирующее

    Передаточная функция

    - идеально дифференцирующее

    • Передаточная функция
    • Выходная величина

    25

  • Слайд 27

    - реальноедифференцирующее

    Передаточная функция

    - апериодическое

    Передаточная функция

    Дифференциальное уравнение

    26

  • Слайд 28

    - колебательное

    Передаточная функция

    - запаздывающее

    Передаточная функция

    • Дифференциальное уравнение
    • Выходная величина

    27

  • Слайд 29

    Соединения звеньев

    Последовательное соединение

    28

  • Слайд 30

    Параллельное соединение

    29

  • Слайд 31

    Обратная связь

    «+» соответствует отрицательной ОС

    «-» - положительной.

    30

  • Слайд 32

    Передаточные функции САР

    1) Для нахождения передаточной функции CAP в разомкнутом состоянии необходимо разомкнуть систему путем отбрасывания входного сумматора.Возмущающее воздействие F приравнивается нулю. Система звеньев между точками разрыва образует разомкнутую систему.

    2) Передаточная функция замкнутой системы по задающему воздействию находится как отношение изображений выходного сигнала к изображению входного (задающего), с применением принципа суперпозиции, т.е. принимается, что возмущающий фактор отсутствует F(t)=0.

    3) Передаточная функция замкнутой системы по возмущающему фактору записывается с применением принципа суперпозиции, т.е. принимаем, что входное воздействие отсутствует .

    31

  • Слайд 33

    Ошибка системы

    32

  • Слайд 34

    Коэффициенты ошибок

    33

  • Слайд 35

    Коэффициент С0принято называть коэффициентом статической или позиционной ошибки; коэффициент С1 - коэффициентом скоростной ошибки; С2 - коэффициентом ошибки от ускорения.

    34

  • Слайд 36

    35

  • Слайд 37

    Критерий устойчивости Михайлова

    Характеристический полином

    36

  • Слайд 38

    При изменении частоты ω вектор D(jω), изменяясь по величине и направлению, будет описывать своим концом в комплексной плоскости некоторую кривую, называемую кривой (годографом) Михайлова. Если же значение частоты ω менять непрерывно от нуля до бесконечности, то вектор будет изменяться по величине и по направлению, описывая своим концом некоторую кривую (годограф), которая называется кривой Михайлова.

    37

  • Слайд 39

    38

  • Слайд 40

    Для того чтобы система автоматического управления была устойчива , необходимо и достаточно , чтобы вектор кривой Михайлова D(jω) при изменении ω от 0 до ∞ повернулся , нигде не обращаясь в ноль , вокруг начала координат против часовой стрелки на угол πn/2, где n-порядок характеристического уравнения.

    Для то чтобы система автоматического управления была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы кривая (годограф) Михайлова при изменении частоты ω от 0 до ∞, начинаясь при ω =0 на вещественной положительной полуоси, обходила только против часовой стрелки последовательно квадрантов координатной плоскости, где - порядок характеристического уравнения.

    39

  • Слайд 41

    Кривые Михайлова

    40

  • Слайд 42

    Критерий устойчивости Найквиста

    Критерий позволяет по амплитудно-фазовой частотной характеристике разомкнутой системы W(j ω) судить об устойчивости замкнутой системы.

    Для того чтобы замкнутая САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы при изменении частоты ω от 0 до ∞ вектор, начало которого находится в точке (-1, j0), а конец на амплитудно-фазовой частотной характеристике разомкнутой системы W(j ω),повернулся бы в положительном направлении (против часовой стрелки) на угол πk, где k- число правых корней характеристического уравнения разомкнутой системы, т.е. чтобы характеристика W(j ω) охватила точку (-1, j0) в положительном направлении k/2 раз.

    41

  • Слайд 43

    Если k = 0 частотная характеристика не охватывает точку (-1,j0) , то система устойчива и формулировка критерия устойчивости Найквиста упрощается.

    Если разомкнутая система устойчива, то для того чтобы замкнутая САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы амплитудно-фазовая частотная характеристика разомкнутой системы W(j ω) при изменении ω от 0 до ∞ не охватывала точку (-1, j0).

    42

  • Слайд 44

    Амплитудно-фазовая характеристика разомкнутой системы

    43

  • Слайд 45

    Амплитудно-фазовые характеристики разомкнутой системы

    44

  • Слайд 46

    Логарифмические характеристики разомкнутой системы

    45

  • Слайд 47

    Критерий устойчивости Гурвица

    Для устойчивой системы необходимо и достаточно, чтобы определитель и все главные диагональные миноры матрицы были больше нуля.

    Если хотя бы один определитель будет равен нулю, то система будет находится на границе устойчивости.

    46

  • Слайд 48

    Запасы устойчивости системы

    Годограф W(j ω)

    47

  • Слайд 49

    Показатели качества

    1) прямые - определяемые непосредственно по кривой переходного процесса,

    2) корневые - определяемые по корням характеристического полинома,

    3) частотные - по частотным характеристикам,

    4) интегральные - получаемые путем интегрирования функций.

    48

  • Слайд 50

    Оценки качества переходной характеристики

    • Формула Хевисайда
    • Перерегулирование

    49

  • Слайд 51
    • Формула Хевисайда
    • Перерегулирование

    50

  • Слайд 52

    Переходная характеристика

    51

  • Слайд 53

    Степень затухания

    Статическая ошибка εст = х - xуст

    Время регулирования(время переходного процесса)TП определяется следующим образом: Находится допустимое отклонение  = 5% xуст и строятся асимптоты ± Время TП соответствует последней точке пересечения x(t) с данной границей. То есть время, когда колебания регулируемой величины перестают превышать 5 % от установившегося значения.

    52

  • Слайд 54

    Корневые показатели качества

    • Степень устойчивости
    • Степень колебательности

    53

  • Слайд 55

    Типы регуляторов

    1) П-регулятор (пропорциональный регулятор) W(s) = K

    2) И-регулятор (интегрирующий регулятор)

    3) Д-регулятор (дифференцирующий регулятор) W(s) = Ks.

    4) ПИ-регулятор (пропорционально-интегральный регулятор)

    54

  • Слайд 56

    5) ПД-регулятор (пропорционально-дифференциальный регулятор)

    55

  • Слайд 57

    6) ПИД-регулятор (пропорционально-интегро- дифференциальный регулятор)

    56

Посмотреть все слайды

Сообщить об ошибке