Классификация систем автоматического управления

Классифицировать системы автоматического управ­ления можно по методу управления и функциональному признаку (рис. 1).

По методу управления все системы делятся на два больших класса: обыкновенные (несамонастраивающиеся) и самонастраи­вающиеся (адаптивные).

Обыкновенные системы, относящиеся к категории простых, не изменяют своей структуры в процессе управления. Они наи­более разработаны и широко применяются в литейных и терми­ческих цехах. Обыкновенные САУ подразделяют на три под­класса: разомкнутые, замкнутые и комбинированные системы управления.

Рис. 1. Классификация систем автоматического управления (САУ)

Разомкнутые САУ в свою очередь делят на системы автомати­ческого жесткого управления (САЖУ) и системы управления по возмущению.

У первых систем регулятор Р (рис. 2, а) воздействует на объект управления ОУ независимо от полученного результата, т. е. значения регулируемой величины X (т) и внешнего возму­щения 1 (т). Системы управления по возмущению (рис. 2, б) работают по принципу, когда управляющее воздействие У (т) вырабатывается в зависимости от внешнего возмущения 1 (г), оказывающего влияние на объект управления. В качестве при­мера можно рассмотреть систему отопления литейного или тер­мического цеха. В этом случае расход горячей воды в теплотрассе цеха зависит от внешних погодных условий. Чем холоднее на улице, тем больше подается горячей воды в батареи отопления, и наоборот.

Замкнутые системы автоматического управления, работающие по принципу отклонения, называют также системами автомати­ческого регулирования (САР). Их отличительной чертой является наличие замкнутого контура прохождения сигналов, т. е. нали­чие обратного канала, по которому информация о состоянии регулируемой величины X (т) передается на вход элемента срав­нения ЭС (рис. 2, в).

Системы автоматического регулирования предназначены для решения трех задач: стабилизации регулируемой величины (ста­билизирующая САР), изменения регулируемой величины по из­вестной (программная САР) или неизвестной (следящая САР) программам.

В стабилизирующих САР заданное значение регулируемой величины постоянно. Примером такой системы может служить система регулирования температуры в рабочем пространстве тер­мической печи. В программных САР значение регулируемой величины изменяется во времени по заранее разработанной (из­вестной) программе. В следящих системах заданное значение регулируемой величины изменяется во времени по заранее неиз­вестной программе. Следящие и программные САР отличаются от стабилизирующих принципом обработки задающего сигнала. Наиболее типичным примером следящего регулирования является автоматическое поддержание заданного соотношения между рас­ходами топлива и воздуха при регулировании процесса горения в топливных плавильных и нагревательных печах.

Комбинированные системы (рис. 2, г) сочетают в себе достоин­ства систем управления по отклонению и по возмущению, что повышает точность управления. Действие неучтенных возмуще­ний в комбинированных системах компенсируется или ослаб­ляется управлением по отклонению.

Самонастраивающиеся (адаптивные) системы (рис. 2, д) можио разделить на три подкласса: экстремальные системы, системы с самонастройкой параметров и системы с самонастройкой струк­туры.

Системами экстремального регулирования называют системы стабилизирующего, следящего или программного управления, у которых настройка, программа или закон воспроизведения авто-

Рис. 2. Схемы управления:

а — разомкнутая; б — разомкнутая по отклонению; « — замкнутая; г — комбинирован­ная; о — самонастраивающаяся; Р — регулятор; ОУ — объект управления; ЭС — эле­мент сравнения; УАВ — устройство анализа задающего воздействия: ВУ — вычислитель­ное устройство; И У -— исполнительное устройство; АУУ — автоматическое управляю­щее устройство; У АО — устройство анализа объекта управления

математически изменяются в зависимости от изменения внешних условий или внутреннего состояния системы с целью создания наи выгоднейшего (оптимального) режима работы объекта управ­ления. В таких системах вместо постоянной настройки или про­граммы устанавливается устройство автоматического поиска, ко­торое проводит анализ какой-либо характеристики объекта (коэф­фициента полезного действия, производительности, экономич­ности и т. п.) и в зависимости от полученного результата подает в управляющее устройство требуемое значение регулируемой величины так, чтобы данная характеристика получила экстре­мальное значение при непрерывном изменении различных воз­мущающих воздействий, оказывающих влияние на условия ра­боты системы.

В системах с самонастройкой параметров при изменении внеш­них условий или характеристик объекта регулирования происхо­дит автоматическое (не по заранее заданной программе) изменение варьируемых параметров управляющего устройства с целью обеспечения устойчивой работы системы и поддержания регули­руемой величины на заданном или оптимальном уровне.

В системах с самонастройкой структуры при изменении внеш­них условий и характеристик объекта управления происходит переключение элементов в схеме соединений или введение в нее новых элементов. Целью таких изменений (отбора) структуры является достижение лучшего решения задачи управления. Отбор структуры осуществляется путем автоматического поиска с при­менением вычислительных и логических операций. Такие системы должны не только приспосабливаться ко всем изменениям внеш­них условий и характеристик объекта, но и функционировать нормально даже при наличии неполадок или отказов отдельных элементов, создавая новые цепи взамен нарушенных. Системы с самонастройкой структуры можно заставить самосовершенство­ваться, «приобретать опыт» путем быстрого опробования несколь­ких вариантов, отбора и «запоминания» лучшего из них.

Согласно классификации по функциональному признаку все автоматические системы управления подразделяют на четыре класса: системы для координации работы механизмов; системы регулирования параметров технологических процессов; системы автоматического контроля; системы автоматической защиты и блокировки.

Системы, предназначенные для координации работы отдельных механизмов установки или установки в целом, являются систе­мами автоматического жесткого управления (САЖУ). Системы автоматического регулирования (САР) технологических процес­сов обеспечивают поддержание регулируемой величины на задан­ном уровне или изменение ее по заданной программе. Системы автоматического контроля (САК) содержат средства и методы для получения информации о текущих значениях параметров тех­нологических процессов (температуры, давления, запыленности или загазованности воздуха и др.) без непосредственного участия человека. Системы автоматической защиты (САЗ) и блокировки (САБ) предотвращают возникновение аварийных ситуаций в ра­боте оборудования при установившемся режиме.