Войти
Центробежный регулятор - это ранний механизм пропорционального управления. A Система управления управляет, командует, направляет или регулирует поведение других устройств или систем с помощью контуров управления. Он может варьироваться от одного контроллера отопления дома, использующего термостат, управляющего бытовым котлом, до больших промышленных систем управления, которые используются для управления процессами или машинами.
Для непрерывно модулируемого управления контроллер с обратной связью используется для автоматического управления процессом или операцией. Система управления сравнивает значение или состояние контролируемой переменной процесса (PV) с желаемым значением или уставкой (SP) и применяет разницу в качестве управляющего сигнала для выход переменной процесса установки на то же значение, что и заданное значение.
Для последовательной и комбинационной логики используется программная логика, например, в программируемом логическом контроллере.
Есть два общих класса управляющих воздействий : открытый и закрытый цикл. В системе управления без обратной связи управляющее воздействие контроллера не зависит от переменной процесса. Примером может служить котел центрального отопления, управляемый только таймером. Управляющим действием является включение или выключение котла. Переменной процесса является температура здания. Этот контроллер управляет системой отопления в течение постоянного времени независимо от температуры в здании.
В системе управления с обратной связью управляющее действие контроллера зависит от желаемой и фактической переменной процесса. В случае аналогии с котлом, здесь будет использоваться термостат для контроля температуры в здании и обратный сигнал, чтобы гарантировать, что выход контроллера поддерживает температуру здания, близкую к той, которая установлена на термостате. Контроллер с обратной связью имеет контур обратной связи, который гарантирует, что контроллер выполняет управляющее действие для управления переменной процесса на том же значении, что и заданное значение. По этой причине контроллеры с обратной связью также называют контроллерами с обратной связью.
Пример одиночного промышленного контура управления; показывающий непрерывно модулированное управление потоком процесса. 
Базовый контур обратной связи В случае систем с линейной обратной связью, контур управления, включающий датчики, алгоритмы управления и исполнительные механизмы расположены в попытке регулировать переменную на уровне заданного значения (SP). Обычный пример - круиз-контроль на дорожном транспортном средстве; где внешние воздействия, такие как холмы, могут вызвать изменение скорости, и у водителя есть возможность изменить желаемую заданную скорость. Алгоритм ПИД в контроллере восстанавливает фактическую скорость до желаемой скорости оптимальным образом, с минимальной задержкой или перерегулированием, путем управления выходной мощностью двигателя транспортного средства.
Системы управления, которые включают некоторое восприятие результатов, которых они пытаются достичь, используют обратную связь и могут в некоторой степени адаптироваться к различным обстоятельствам. Системы управления с разомкнутым контуром не используют обратную связь и работают только заранее установленными способами.
Системы логического управления для промышленного и коммерческого оборудования исторически реализовывались посредством взаимосвязанных электрических реле и кулачковых таймеров с использованием релейной логики.. Сегодня большинство таких систем построено с использованием микроконтроллеров или более специализированных программируемых логических контроллеров (ПЛК). Обозначение релейной логики все еще используется в качестве метода программирования для ПЛК.
Логические контроллеры могут реагировать на переключатели и датчики и могут вызывать запуск и остановку оборудования при различных операциях с помощью исполнительных механизмов.. Логические контроллеры используются для упорядочивания механических операций во многих приложениях. Примеры включают лифты, стиральные машины и другие системы с взаимосвязанными операциями. Система автоматического последовательного управления может запускать серию механических приводов в правильной последовательности для выполнения задачи. Например, различные электрические и пневматические преобразователи могут складывать и склеивать картонную коробку, заполнять ее продуктом, а затем запечатывать в автоматической упаковочной машине.
Программное обеспечение ПЛК может быть написано разными способами - с помощью релейных диаграмм, SFC (последовательных функциональных схем ) или списков операторов.
В двухпозиционном управлении используется контроллер с обратной связью, который резко переключается между двумя состояниями. Простой биметаллический бытовой термостат можно охарактеризовать как двухпозиционный контроллер. Когда температура в помещении (PV) опускается ниже пользовательской настройки (SP), обогреватель включается. Другой пример - реле давления на воздушном компрессоре. Когда давление (PV) падает ниже уставки (SP), компрессор включается. Холодильники и вакуумные насосы содержат аналогичные механизмы. Подобные простые двухпозиционные системы управления могут быть дешевыми и эффективными.
Системы линейного управления используют отрицательную обратную связь для выработки управляющего сигнала для поддержания регулируемого PV на желаемом SP. Существует несколько типов линейных систем управления с разными возможностями.
Переходные характеристики для системы второго порядка, определяемые передаточной функцией 
, где 
- коэффициент демпфирования, а 
- незатухающая собственная частота. Пропорциональное управление - это тип системы управления с линейной обратной связью, в которой к регулируемой переменной применяется коррекция, пропорциональная разнице между желаемым значением ( SP) и измеренное значение (PV). Двумя классическими механическими примерами являются унитаз поплавковый пропорциональный клапан и шаровой регулятор.
. Пропорциональная система управления сложнее двухпозиционной системы управления, но проще, чем система пропорционально-интегрально-производного (PID), используемая, например, в автомобиле круиз-контроль. Двухпозиционное управление будет работать для систем, которые не требуют высокой точности или скорости реакции, но неэффективны для быстрых и своевременных исправлений и ответов. Пропорциональное управление преодолевает это, модулируя управляемую переменную (MV), такую как регулирующий клапан, на уровне усиления, который позволяет избежать нестабильности, но применяет коррекцию настолько быстро, насколько это возможно, путем применения оптимального количества пропорциональной коррекции.
Недостатком пропорционального управления является то, что оно не может устранить остаточную ошибку SP – PV, так как для создания пропорционального выхода требуется ошибка. Для решения этой проблемы можно использовать ПИ-регулятор. ПИ-регулятор использует пропорциональный член (P), чтобы удалить грубую ошибку, и интегральный член (I), чтобы исключить остаточную ошибку смещения, интегрируя ошибку во времени.
В некоторых системах есть практические ограничения на диапазон MV. Например, обогреватель имеет ограничение на количество тепла, которое он может производить, а клапан может открываться только на определенное время. Регулировки усиления одновременно изменяют диапазон значений ошибки, в котором MV находится между этими пределами. Ширина этого диапазона в единицах переменной ошибки и, следовательно, PV называется полосой пропорциональности (PB).
При регулировании температуры промышленной печи обычно лучше контролировать открытие топливного клапана пропорционально текущим потребностям печи.. Это помогает избежать тепловых ударов и более эффективно передает тепло.
При низком коэффициенте усиления при обнаружении ошибок применяется лишь небольшое корректирующее действие. Система может быть безопасной и стабильной, но может работать медленно при изменении условий. Ошибки будут оставаться неисправленными в течение относительно длительного периода времени, и система перегружена. Если пропорциональное усиление увеличивается, такие системы становятся более отзывчивыми, и ошибки устраняются быстрее. Когда говорят, что вся система в целом критически демпфирована, существует оптимальное значение для настройки усиления. Увеличение коэффициента усиления контура за пределами этой точки приводит к колебаниям в PV, и такая система недозатухает. Регулировка усиления для достижения критически демпфированного поведения известна как настройка системы управления.
В случае недостаточной демпфирования печь быстро нагревается. Как только заданное значение достигнуто, накопленное тепло в подсистеме нагревателя и в стенках печи будет поддерживать повышение измеренной температуры сверх требуемого. После повышения температуры выше заданного значения температура падает, и, в конце концов, снова подается тепло. Любая задержка повторного нагрева подсистемы нагревателя позволяет температуре печи упасть ниже заданного значения, и цикл повторяется. Колебания температуры, которые производит система управления печью с недостаточным демпфированием, нежелательны.
В системе с критическим демпфированием, когда температура приближается к уставке, подвод тепла начинает снижаться, скорость нагрева печи успевает замедлиться, и система избегает перерегулирования. В системе с избыточным демпфированием также предотвращается перерегулирование, но система с избыточным демпфированием излишне медленно достигает начального значения уставки, реагируя на внешние изменения в системе, например открывание дверцы топки.
A блок-схема ПИД-регулятора 
Влияние изменения параметров ПИД-регулятора (K p,Ki,Kd) на переходную характеристику системы. Должны работать чисто пропорциональные регуляторы с остаточной ошибкой в системе. Хотя ПИ-регуляторы устраняют эту ошибку, они все еще могут работать медленно или генерировать колебания. ПИД-регулятор устраняет эти последние недостатки, вводя действие производной (D) для сохранения стабильности при улучшении чувствительности.
Производная связана со скоростью изменения ошибки во времени: если измеряемая переменная быстро приближается к заданному значению, то привод отключается раньше, чтобы позволить это выбегать на необходимый уровень; И наоборот, если измеренное значение начинает быстро отклоняться от заданного значения, прилагаются дополнительные усилия - пропорционально этой скорости, чтобы помочь вернуть его обратно.
В системах управления, включающих управление движением тяжелого предмета, такого как пистолет или фотоаппарат на движущемся транспортном средстве, производное действие хорошо настроенного ПИД-регулятора может позволить ему достичь и поддерживать заданное значение лучше, чем большинство опытных люди-операторы. Однако, если производное действие чрезмерно приложено, это может привести к колебаниям.
Изменение реакции системы второго порядка на ступенчатый вход для изменения значений Ki. Интегральный член увеличивает эффект долговременных установившихся ошибок, применяя постоянный увеличивая усилие, пока ошибка не будет устранена. В приведенном выше примере печи, работающей при различных температурах, если прикладываемое тепло не доводит печь до заданного значения по какой-либо причине, действие интегрального перемещает полосу пропорциональности относительно заданного значения до тех пор, пока PV ошибка снижается до нуля, и заданное значение достигается.
Некоторые контроллеры включают опцию ограничения «% нарастания в минуту». Эта опция может быть очень полезной при стабилизации небольших котлов (3 MBTUH), особенно летом, при малых нагрузках. «Блок коммунального котла может потребоваться для изменения нагрузки со скоростью до 5% в минуту (IEA Coal Online - 2, 2007)».
Возможно в фильтровать PV или сигнал ошибки. Это может помочь уменьшить нестабильность или колебания за счет уменьшения реакции системы на нежелательные частоты. Многие системы имеют резонансную частоту . Путем фильтрации этой частоты можно применить более сильную общую обратную связь до того, как возникнут колебания, что сделает систему более отзывчивой, не раскачиваясь.
Системы обратной связи можно комбинировать. В каскадном управлении один контур управления применяет алгоритмы управления к измеряемой переменной по отношению к уставке, но затем предоставляет изменяющуюся уставку для другого контура управления, а не напрямую влияет на переменные процесса. Если в системе есть несколько различных измеряемых переменных, которые необходимо контролировать, для каждой из них будут использоваться отдельные системы управления.
Техника управления во многих приложениях создает системы управления, более сложные, чем ПИД-регулирование. Примеры таких областей применения беспроводные системы управления самолетом, химические заводы и нефтеперерабатывающие заводы. Модельные системы управления с прогнозированием разработаны с использованием специального программного обеспечения автоматизированного проектирования и эмпирических математических моделей системы, подлежащей управлению.
Нечеткая логика - это попытка применить простую конструкцию логических контроллеров к управлению сложными непрерывно изменяющимися системами. В принципе, измерение в системе с нечеткой логикой может быть частично верным, то есть, если да равно 1, а нет - 0, нечеткое измерение может находиться в диапазоне от 0 до 1.
Правила системы записываются естественным языком. язык и переведены на нечеткую логику. Например, конструкция печи должна начинаться со слов: «Если температура слишком высока, уменьшите количество топлива в печи. Если температура слишком низкая, увеличьте количество топлива в печи».
Измерения из реального мира (например, температура печи) преобразуются в значения от 0 до 1, если посмотреть, где они попадают на треугольник. Обычно вершина треугольника представляет собой максимально возможное значение, которое переводится в 1.
Нечеткая логика затем преобразует логику в арифметическую. Обычно операция "не": "output = 1 - input," the "и" operation is "output = input.1, умноженная на input.2," и "или" is "output = 1 - ((1 - input. 1) умножить на (1 - ввод.2)) ». Это сокращается до Булевой арифметики, если значения ограничены до 0 и 1, вместо того, чтобы иметь диапазон в единичном интервале [0,1].
Последний шаг - "дефаззификация" вывода. По сути, нечеткие вычисления дают значение от нуля до единицы. Это число используется для выбора значения на линии, наклон и высота которой преобразуют нечеткое значение в реальное выходное число. Затем число управляет реальной техникой.
Если треугольники определены правильно и правила верны, результатом может быть хорошая система контроля.
Когда надежный нечеткий план сводится к одному быстрому вычислению, он начинает напоминать обычное решение контура обратной связи, и может показаться, что нечеткий план не нужен. Однако парадигма нечеткой логики может обеспечить масштабируемость для больших систем управления, где традиционные методы становятся громоздкими или дорогостоящими в разработке.
Нечеткая электроника - это электронная технология, в которой используется нечеткая логика вместо двухзначной логики, более часто используемой в цифровой электронике.
Диспетчерская DCS, в которой хранятся производственная информация и средства управления. отображается на экранах компьютерной графики. Операторы сидят, поскольку они могут просматривать и контролировать любую часть процесса со своих экранов, сохраняя при этом обзор установки. 
Панель управления гидравлической машины для горячего прессования со специальным программным обеспечением для этой функции Диапазон реализации от компактных контроллеров, часто со специальным программным обеспечением для конкретной машины или устройства, до распределенных систем управления для управления производственными процессами.
Логические системы и контроллеры обратной связи обычно реализуются с помощью программируемых логических контроллеров.
 | В Викиучебнике есть книга по теме: Системы управления |
