Blok dijagram sustava nekoherentnog upravljanja dvodimenzionalnim objektom ima oblik:
Greška u regulaciji
Kontrolna radnja
Mjerene kontrolirane varijable
Neizmjereni izlazi na glavnim kanalima s prijenosnom funkcijom i
Kontroleri s prijenosnim funkcijama i
Koristeći diskretne prijenosne funkcije regulatora glavnog i križnog kanala, opisujemo sustav nespojenog upravljanja:
Transformirajmo sustav (2.0) supstitucijom, dobivši jednadžbu veze između izlaza sustava i njegovih ulaza
(2.2)
U prvoj jednadžbi umjesto toga zamjenjujemo desnu stranu druge jednadžbe:
(2.3)
Slično, kada zamjenjujete u drugu jednadžbu umjesto desne strane prve jednadžbe, možete dobiti ovisnost izlaza o i .
Jednadžba (2.3) pokazuje da svaka kontrolirana varijabla ovisi i o prvom ulazu sustava i o drugom ulazu sustava. Pokažimo da se stabilnost nespojenog sustava u ovom slučaju smanjuje. Da bismo to učinili, pretpostavljamo da su prijenosne funkcije objekta u glavnom i poprečnom kanalu međusobno jednake i da su prijenosne funkcije regulatora međusobno jednake.
Tada jednadžba (2.3) poprima oblik:
(2.4)
Ako u objektu nema križnih veza, tada izlazna vrijednost ovisi samo o referenci u skladu sa sljedećim izrazom:
U skladu s Nyquistovim kriterijem, da bi zatvoreni sustav s jednom petljom bio stabilan (ako je otvoreni stabilan), potrebno je da APFC hodograf otvorenog sustava ne pokriva točku s koordinatama. Na temelju toga, u nekoherentnom sustavu upravljanja, ako se uzme jednak nuli, ovaj će kriterij biti isti, s jedinom razlikom što će koordinate kritične točke biti . Tako se u nekoherentnom sustavu upravljanja sužava područje stabilnog upravljanja, što smanjuje stabilnost sustava i pogoršava kvalitetu procesa tranzicije. Ako se unutarnje unakrsne veze ne uzmu u obzir pri izračunu optimalnih postavki regulatora u nekoherentnom upravljačkom sustavu, tada sustav može biti nestabilan. Kako bi se održala stabilnost sustava nekoherentnog upravljanja u prisutnosti internih veza, potrebno je smanjiti pojačanje u odnosu na dobitke regulatora u nedostatku poprečnih veza za toliko da AFC hodograf otvorenog sustav ne pokriva točku koordinatama .
Očito se to može postići značajnim postizanjem pojačanja regulatora, t.j. brzina regulatora, što naglo pogoršava kvalitetu regulacije. Stoga, uz jake unutarnje veze, priliku za postizanje visoke kvalitete regulacije treba tražiti ne u prilagodbi struktura i postavki nepovezanih regulatora, već u „odvezivanju“ unutarnjih veza kroz poprečne kanale. Oni. potrebno je promijeniti strukturu samog sustava. Postoje dva načina za slabljenje ili potpuno "razvezivanje" unakrsnih veza:
1. odabir nepovezanih ili slabo povezanih parametara kao kontroliranih vrijednosti;
2. stvaranje sustava povezane regulacije uvođenjem dodatnih vanjskih kompenzacijskih veza između regulatora u ACP
Nespojeni sustav upravljanja je jednostavniji, pouzdaniji i jeftiniji od spojenog upravljačkog sustava. Oni su ostvarivi čak iu slučajevima kada su koherentni sustavi regulacije tehnički neizvedivi. Međutim, podložni su ometajućim utjecajima, šire se kroz glavne i poprečne kanale, što može dovesti do pogoršanja kvalitete regulacije i, kao najbolje opcije, gubitka stabilnosti. Prednosti nekoherentnih upravljačkih sustava zahtijevaju traženje načina za proširenje opsega njihove primjene na objekte s međusobno povezanim kontroliranim vrijednostima uz održavanje zadovoljavajuće kvalitete upravljanja. Stupanj povezanosti između dviju kontroliranih varijabli može se odrediti pomoću prijenosnih funkcija objekta u glavnom i križnom kanalu. Stupanj komunikacije na prvom glavnom kanalu jednak je omjeru njegove prijenosne funkcije i prijenosne funkcije drugog glavnog kanala: . Stupanj komunikacije na drugom križnom kanalu jednak je omjeru prijenosne funkcije ovog kanala i prijenosne funkcije prvog glavnog kanala: . Opći stupanj povezanosti između regulacijskih vrijednosti: . Ovisno o veličini ukupnog stupnja veze, može se preporučiti jedna od sljedećih opcija upravljanja:
Takvim spojem regulatora kanali će postati glavni, a ukupni stupanj povezanosti bit će karakteriziran novom vrijednošću. Ako se pokaže da je ukupni stupanj korelacije vrijednosti manji od 1, tada se može primijeniti sustav odvojenog upravljanja;
3. pri omjeru je značajan stupanj povezanosti, što može značajno smanjiti stabilnost sustava nekoherentne regulacije; u tom slučaju potrebno je eliminirati ili značajno oslabiti unutarnje veze u ACP-u;
4. Moguće je "odvezati" regulaciju vrijednosti u prisutnosti poprečnih veza ako se provodi regulacija vrijednosti s različitim dinamičkim karakteristikama, što smanjuje njihov odnos kroz proces, na primjer, regulatori tlaka obično rade na višim frekvencijama od regulatora temperature, što određuje njihov slab međusobni utjecaj.
Pristupi postavljanju nekoherentnog upravljačkog sustava mogu biti sljedeći:
1. postavljanje u jednokružnim sustavima;
2. Istovremena optimizacija regulatora u sustavu nekoherentne regulacije, uzimajući u obzir utjecaj glavnog i prijelaznog kanala.
Prvi pristup koristi modele glavnih kanala i odgovarajućih regulatora. Od njih su sastavljeni upravljački sustavi s jednom petljom, u kojima se podešavanje odgovarajućih regulatora provodi jednom od numeričkih metoda. Prednost ovakvog pristupa postavljanju regulatora je jednostavnost i velika brzina.
Iz sustava jednadžbi za odnos između izlaza postrojenja ( i ) i ulaza sustava ( i ) (2.3), (2.4) proizlazi da kontrolirana vrijednost ne ovisi samo o dinamičkim svojstvima glavnog kanala i regulatora, ali i na dinamička svojstva drugog glavnog kanala , križnih kanala , te od drugog regulatora. Slično, parametar. Stoga se podešavanje upravljačkog dijela sustava mora provesti uzimajući u obzir dinamička svojstva ne samo odgovarajućeg glavnog kanala, već i uzimajući u obzir utjecaj dinamike poprečnih kanala. Stoga je nedostatak ovog pristupa podešavanju regulatora neoptimalnost rezultirajućih parametara ugađanja.
Razmotrimo drugi pristup. Proračun prijelaznog procesa u sustavu nekoherentnog upravljanja provodi se prema sljedećem sustavu jednadžbi konačnih razlika:
, gdje su težinski koeficijenti za koje su zadovoljeni sljedeći uvjeti:
Pokazatelji kvalitete za odgovarajući izlaz sustava, koji se koriste kao kriteriji optimizacije. Veći od težinskih faktora dodjeljuje se pokazatelju kvalitete rezultata čija je regulacija najvažnija.
Kada se koristi konvolucija, problem optimizacije se formira na sljedeći način: 
. Pri korištenju metode gradijenta kao numeričke metode optimizacije, algoritam optimizacije (algoritamska shema) bit će isti kao i za sustav s jednom petljom. Razlika će biti u tome što će se pri proračunu prijelaznog procesa koristiti sustav jednadžbi (3.0) i početni uvjeti (3.1). Prilikom izračunavanja parcijalnih derivacija kriterija s obzirom na optimalne postavke, može se koristiti jedan od dva gore razmatrana pristupa (sa i bez kvazianalitičkih rekurentnih ovisnosti). Pri korištenju jednadžbi konačnih razlika potrebno je uzeti parcijalne derivacije svih jednadžbi sustava (3.0) s obzirom na sve postavke oba regulatora. Početni uvjeti za izračun numeričkih vrijednosti rezultirajućeg sustava jednadžbi konačnih razlika moraju se specificirati slično početnim uvjetima (3.1).
Problemi obrađeni u predavanju:
1. Koje su posljedice jednakosti dinamike izravnih i poprečnih veza u ASR-u nepovezane regulacije.
2. Koje je radne frekvencije poželjno imati u nespojenim upravljačkim petljama.
3. Koliki je kompleksni koeficijent povezanosti.
4. Načelo autonomije.
5. Uvjet približne autonomije.
Objekti s više ulaza i izlaza koji su međusobno povezani nazivaju se višestruko povezani objekti.
Dinamika višestruko povezanih objekata opisana je sustavom diferencijalnih jednadžbi, te u Laplaceovom transformiranom obliku matrice prijenosnih funkcija.
Postoje dva različita pristupa automatizaciji višestruko povezanih objekata: nepovezana regulacija pojedinačnih koordinata korištenjem ACS-a s jednom petljom; spregnuto upravljanje korištenjem sustava s više petlji, u kojima se unutarnje poprečne veze objekta kompenziraju vanjskim dinamičkim vezama između pojedinih upravljačkih petlji.
Slika 1 - Strukturni dijagram nepovezane regulacije
Sa slabim poprečnim vezama provodi se izračun nepovezanih regulatora, kao i kod konvencionalnih ACS s jednim krugom, uzimajući u obzir glavne upravljačke kanale.
Ako su poprečne veze dovoljno jake, tada margina stabilnosti sustava može biti niža od izračunate, što dovodi do smanjenja kvalitete regulacije ili čak do gubitka stabilnosti.
Kako biste uzeli u obzir sve veze između objekta i kontrolera, možete pronaći izraz za ekvivalentni objekt, koji izgleda ovako:
W 1 e (p) \u003d W 11 (p) + W 12 (p) * R 2 (p) * W 21 (p) /. (jedan)
Ovo je izraz za regulator R 1 (p), sličan izraz za regulator R 2 (p).
Ako su radne frekvencije dvaju krugova jako različite jedna od druge, tada će njihov međusobni utjecaj biti zanemariv.
Najveća opasnost je slučaj kada su sve prijenosne funkcije jedna drugoj.
Š 11 (p) \u003d W 22 (p) \u003d W 12 (p) \u003d W 21 (p). (2)
U ovom slučaju, postavka P-regulatora bit će dva puta manja nego u ASR s jednim krugom.
Za kvalitativnu ocjenu međusobnog utjecaja upravljačkih petlji koristi se složeni koeficijent povezanosti.
K St (ίω) \u003d W 12 (ίω) * W 21 (ίω) / W 11 (ίω) * W 22 (ίω). (3)
Obično se izračunava na nultu frekvenciju i radnim frekvencijama oba regulatora.
Temelj za izgradnju sustava spregnute regulacije je princip autonomije. U odnosu na objekt s dva ulaza i izlaza, koncept autonomije označava međusobnu neovisnost izlaznih koordinata Y 1 i Y 2 tijekom rada dva zatvorena upravljačka sustava.
U suštini, uvjet autonomije sastoji se od dva uvjeta nepromjenjivosti: nepromjenjivosti prvog izlaza Y 1 u odnosu na signal drugog regulatora X P 2 i nepromjenjivosti drugog izlaza Y 2 u odnosu na signal prvog regulatora X P 1:
y 1 (t, x P2)=0; y 2 (t, x P1)=0; "t, x P1, x P2. (4)
U tom se slučaju signal H P 1 može smatrati perturbacijom za Y 2 , a signal H P 2 perturbacijom za Y 1 . Tada poprečni kanali igraju ulogu kanala perturbacije (slika 1.11.1 i slika 1.11.2). Za kompenzaciju ovih smetnji u upravljački se sustav uvode dinamički uređaji s prijenosnim funkcijama R 12 (p) i R 21 (p), s kojih se signali dovode u odgovarajuće upravljačke kanale ili na ulaze regulatora.
Analogno invarijantnim ACP-ovima, prijenosne funkcije kompenzatora R 12 (p) i R 21 (p), određene iz uvjeta autonomije, ovisit će o prijenosnim funkcijama izravnog i poprečnog kanala objekta i bit će jednake do:
; 
, (5)
; 
. (6)
Baš kao i u invarijantnim sustavima automatskog upravljanja, fizička izvedivost i tehnička implementacija približne autonomije igraju važnu ulogu u izgradnji autonomnih upravljačkih sustava.
Uvjet približne autonomije zapisan je za stvarne kompenzatore, uzimajući u obzir radne frekvencije odgovarajućih regulatora:
kada je w=0; w=w R2 , (7)
kada je w=0; w=w P1 . (osam)
(a) - kompenzacija za utjecaj drugog regulatora u prvoj regulacijskoj petlji
(b) - kompenzacija udara iz prvog regulatora u drugoj regulacijskoj petlji
Slika 2 - Strukturni dijagrami autonomnog ACP-a
Slika 3 - Strukturni dijagram autonomnog dvokoordinatnog upravljačkog sustava
U kemijskoj tehnologiji jedan od najsloženijih višestruko povezanih objekata je proces rektifikacije. Čak iu najjednostavnijim slučajevima - kod odvajanja binarnih smjesa - može se razlikovati nekoliko međusobno povezanih koordinata u destilacijskoj koloni. Primjerice, za upravljanje procesom u donjem dijelu kolone potrebno je stabilizirati najmanje dva tehnološka parametra koji karakteriziraju ravnotežu materijala u tekućoj fazi i u jednoj od komponenti.
Pitanja za samokontrolu:
1. Definicija i zadaci automatizacije.
2. Suvremeni sustav upravljanja procesima i faze njegovog razvoja.
3. Zadaci upravljanja i regulacije.
4. Osnovna tehnička sredstva automatizacije.
5. Tehnološki proces kao objekt upravljanja, glavne skupine varijabli.
6. Analiza tehnološkog procesa kao objekta upravljanja.
7. Klasifikacija tehnoloških procesa.
8. Klasifikacija sustava automatskog upravljanja.
9. Upravljačke funkcije automatskih sustava.
10. Izbor kontroliranih vrijednosti i kontrolnog djelovanja.
11. Analiza statike i dinamike upravljačkih kanala.
12. Analiza ulaznih radnji, odabir kontroliranih vrijednosti.
13. Određivanje razine automatizacije TOU.
14. Kontrolni objekti i njihova glavna svojstva.
15. Otvoreni sustavi upravljanja. Prednosti, nedostaci, opseg, blok dijagram.
16. Zatvoreni sustavi upravljanja. Prednosti, nedostaci, opseg, blok dijagram i primjer korištenja.
17. Kombinirani sustavi upravljanja. Prednosti, nedostaci, opseg, blok dijagram i primjer korištenja.
18. Teorija invarijantnosti sustava automatskog upravljanja.
19. Kombinirani ACP.
20. Tipični kompenzatori.
21. Proračun kompenzatora.
22. Koji je uvjet približne invarijantnosti.
23. Na kojim se frekvencijama kompenzator izračunava pod uvjetom djelomične invarijantnosti.
24. Uvjet fizičke ostvarivosti invarijantnog ACS-a.
25. Kaskadni sustavi upravljanja.
26. Koji je ekvivalentni objekt u kaskadi ACS-a.
27. Što objašnjava učinkovitost kaskadnih ACP-ova.
28. Metode za proračun kaskadne ASR.
29. ASR s dodatnim impulsom na derivaciji iz međutočke.
30. Opseg ASR s dodatnim impulsom na izvedenicu.
31. Proračun ASR s dodatnim impulsom na derivaciji.
32. Međusobno povezani regulatorni sustavi. Sustavi nepovezane regulacije.
33. Koje su posljedice jednakosti dinamike izravnih i poprečnih veza u ASR-u nepovezane regulacije.
34. Koje je radne frekvencije poželjno imati u krugovima nespregnute regulacije.
35. Koliki je kompleksni koeficijent povezanosti.
36. Sustavi spregnute regulacije. Autonomne ACP-ove.
37. Načelo autonomije.
38. Uvjet približne autonomije.
Osnova za izgradnju spojenih upravljačkih sustava je princip autonomije. U odnosu na objekt s dva ulaza i izlaza, koncept autonomije znači međusobnu neovisnost izlaznih koordinata y 1 i y2 tijekom rada dva zatvorena upravljačka sustava.
U suštini, uvjet autonomije sastoji se od dva uvjeta invarijantnosti: nepromjenjivost prvog izlaza y 1 u odnosu na signal drugog regulatora X p2 i nepromjenjivost drugog izlaza y2. s obzirom na signal prvog regulatora X p1:
Istovremeno, signal X p1 može se smatrati zgražanjem y2, signal X p2 - kao bijes za y1. Tada poprečni kanali igraju ulogu kanala perturbacije (slika 1.35). Za kompenzaciju ovih smetnji u upravljački se sustav uvode dinamički uređaji s prijenosnim funkcijama R 12 (p) i R 21 (p), signali iz kojih se šalju u odgovarajuće upravljačke kanale ili na ulaze regulatora.
Po analogiji s invarijantnim ASR, prijenosne funkcije kompenzatora R 12 (p) i R 21 (p), određena iz uvjeta autonomije, ovisit će o prijenosnim funkcijama izravnog i poprečnog kanala objekta i, u skladu s izrazima (1.20) i (1.20, a), bit će jednaka:
Baš kao i u invarijantnom ASR-u, važnu ulogu igra fizička izvedivost i tehnička provedba približnu autonomiju.
Uvjet približne autonomije zapisan je za stvarne kompenzatore, uzimajući u obzir radne frekvencije odgovarajućih regulatora:
U kemijskoj tehnologiji jedan od najsloženijih višestruko povezanih objekata je proces rektifikacije. Čak iu najjednostavnijim slučajevima - pri odvajanju binarnih smjesa - može se razlikovati nekoliko međusobno povezanih koordinata u destilacijskom stupu (slika 1.36). Primjerice, za upravljanje procesom u donjem dijelu kolone potrebno je stabilizirati najmanje dva tehnološka parametra koji karakteriziraju ravnotežu materijala u tekućoj fazi i u jednoj od komponenti. U tu svrhu obično se bira razina tekućine u kocki i temperatura ispod prve ploče, a kao kontrolni ulazni signali koriste se brzina protoka grijaće pare i ekstrakcija donjeg produkta. Međutim, svaka od upravljačkih radnji utječe na oba izlaza: kada se mijenja brzina protoka pare za grijanje, mijenja se brzina isparavanja donjeg proizvoda, a kao rezultat toga mijenja se razina tekućine i sastav pare. Slično, promjena u ekstrakciji proizvoda s dna utječe ne samo na razinu na dnu, već i na omjer refluksa, što dovodi do promjene u sastavu pare na dnu kolone.
Riža. 1.35. Strukturni dijagrami autonomnih ACP-ova: a– kompenzacija za utjecaj drugog regulatora u prvoj regulacijskoj petlji; b– kompenzacija za utjecaj prvog regulatora u drugoj regulacijskoj petlji; c - autonomni upravljački sustav od dvije koordinate
Riža. 1.36. Primjer sustava upravljanja objektom s nekoliko ulaza i izlaza:
1 - destilacijski stup; 2 – kotao; 3 - deflegmator; 4 – kapacitet sluzi; 5 - Regulator temperature; 6,9 – regulatori razine; 7 – regulator protoka; 8 – regulator pritiska
Za kontrolu procesa u gornjem dijelu možete odabrati tlak i temperaturu pare kao izlazne koordinate, te dovod rashladnog sredstva u deflegmator i refluks za refluks kolone kao kontrolne ulazne parametre. Očito, obje ulazne koordinate utječu na tlak i temperaturu u stupcu tijekom toplinskih procesa i procesa prijenosa mase.
Konačno, s obzirom na sustav regulacije temperature istovremeno u gornjem i donjem dijelu kolone dovodom refluksa i grijaće pare, dobivamo i sustav upravljanja nespojenim objektom s unutarnjim križnim spojem.
Trenutno postoji niz automatskih upravljačkih sustava (ACS) ili, kako ih još nazivaju, automatskih upravljačkih sustava (ACS). U ovom članku razmotrit ćemo neke metode regulacije i vrste ACS-a.
Izravna i neizravna regulacija
Kao što znate, svaki automatski sustav upravljanja sastoji se od regulatora i objekta regulacije. Regulator ima osjetljivi element koji prati promjene kontrolirane vrijednosti od vrijednosti navedenog kontrolnog signala. Zauzvrat, osjetljivi element proizvodi utjecaj na regulator, koji zauzvrat mijenja parametre sustava na način da vrijednost zadane i kontrolirane vrijednosti postaju iste. U najjednostavnijim regulatorima djelovanje osjetnog elementa na regulator događa se izravno, odnosno izravno su povezani. U skladu s tim, takvi ACS se nazivaju sustavi izravnog upravljanja, a regulatori se nazivaju regulatori izravnog djelovanja, kao što je prikazano u nastavku:
U takvom sustavu, energija potrebna za pomicanje ventila koji regulira dovod vode u bazen dolazi izravno iz plovka, koji će ovdje biti senzorski element.
U ACS-u neizravne regulacije koriste se pomoćni uređaji za organiziranje kretanja regulacijskog tijela, koristeći dodatne izvore energije za svoj rad. U takvom sustavu, senzorski element će djelovati na kontrolu pomoćnog uređaja, koji će zauzvrat pomaknuti komandu u željeni položaj, kao što je prikazano u nastavku:
Ovdje plovak (osjetni organ) djeluje na kontakt uzbudnog namota elektromotora, koji rotira ventil u željenom smjeru. Takvi se sustavi koriste kada snaga osjetljivog elementa nije dovoljna za upravljanje radnim mehanizmom ili je potrebna vrlo visoka osjetljivost mjernog elementa.
ACS s jednom i više petlji
Moderni ACS vrlo često, gotovo uvijek, imaju paralelne korektivne uređaje ili lokalne povratne informacije, kao što je prikazano u nastavku:
ACS, u kojima je samo jedna vrijednost podložna regulaciji, a imaju samo jednu glavnu povratnu spregu (jednu upravljačku petlju) nazivaju se jednostruki. U takvim automatskim upravljačkim sustavima, udar primijenjen na neku točku sustava može zaobići cijeli sustav i vratiti se na izvornu točku nakon što prođe samo jednu zaobilaznu stazu:
A ACS, u kojem, osim glavnog kruga, postoje i lokalne ili glavne povratne informacije nazivaju se višestrukim. Suprotno tome, kod jednog kruga, u sustavima s više krugova, djelovanje primijenjeno na neku točku sustava može zaobići sustav i vratiti se na točku primjene djelovanja duž nekoliko krugova sustava.
Sustavi spojenog i nespojenog automatskog upravljanja
Sustavi u kojima je više veličina podložno regulaciji (multidimenzionalni ACS) mogu se podijeliti na povezane i nepovezane.
Razdvojeni sustavi upravljanja
Sustavi u kojima su regulatori dizajnirani da reguliraju različite veličine, međusobno nepovezane i mogu djelovati kroz zajednički predmet regulacije, nazivaju se sustavi nepovezane regulacije. Sustavi nepovezane regulacije dijele se na nezavisne i zavisne.
U zavisnim varijablama promjena jedne od količina koje treba kontrolirati povlači za sobom promjenu preostalih količina koje treba kontrolirati. Stoga je u takvim uređajima nemoguće razmatrati različite kontrolne parametre odvojeno jedan od drugog.
Primjer takvog sustava je zrakoplov s autopilotom, koji ima zaseban upravljački kanal za kormila. Ako zrakoplov skrene s kursa, autopilot će uzrokovati otklon kormila. Autopilot će skrenuti krilce, dok će skretanje krilca i kormila povećati otpor zrakoplova, uzrokujući skretanje elevatora. Stoga je nemoguće odvojeno razmatrati procese upravljanja smjerom, pitch i roll, iako svaki od njih ima svoj upravljački kanal.
U neovisnim sustavima nepovezane regulacije vrijedi upravo suprotno, svaka od reguliranih veličina neće ovisiti o promjenama svih ostalih. Takvi procesi upravljanja mogu se razmatrati odvojeno jedan od drugog.
Primjer je ACS kutne brzine hidroturbine, gdje se neovisno reguliraju napon namota generatora i brzina turbine.
Spojeni sustavi upravljanja
U takvim sustavima regulatori različitih vrijednosti imaju veze između sebe koje međusobno djeluju izvan objekta regulacije.
Na primjer, razmotrite električni autopilot EAP, čiji je pojednostavljeni dijagram prikazan u nastavku:
Njegova je svrha održavati nagib, smjer i kotrljanje zrakoplova na zadanoj razini. U ovom primjeru razmotrit ćemo funkcije autopilota koje se odnose samo na održavanje zadanog kursa, koraka, okretanja.
Hidraulični polukompas 12 ima ulogu osjetljivog elementa koji prati odstupanje zrakoplova od kursa. Njegov glavni dio je žiroskop čija je os usmjerena duž zadanog kursa. Kada zrakoplov počne odstupati od kursa, os žiroskopa počinje djelovati na klizače reostatskog smjera 7 i okretati senzore 10 spojene pomoću poluge 11, zadržavajući pritom svoj položaj u prostoru. Tijelo zrakoplova, zajedno sa senzorima 7 i 10, zauzvrat su pomaknuti u odnosu na os horoskopa, odnosno postoji razlika između položaja žiroskopa i tijela zrakoplova, što se hvata senzorima 7 i 10.
Element koji će uočiti odstupanje zrakoplova od kursa postavljenog u prostoru (horizontalna ili vertikalna ravnina) bit će vertikalni žiroskop 14. Njegov glavni dio je isti kao u prethodnom slučaju - žiroskop čija je os okomita. na horizontalnu ravninu. Ako zrakoplov počne odstupati od horizonta, klizač senzora nagiba 13 će se početi pomicati u uzdužnoj osi, a ako odstupi u horizontalnoj ravnini, senzori kotrljanja 15-17 će se pomaknuti.
Tijela koja upravljaju zrakoplovom su upravljačka kormila 1, visinska 18 i krilci 19, a izvedbeni elementi koji upravljaju položajem kormila su upravljački strojevi kursa, nagiba i kotrljanja. Princip rada sva tri kanala autopilota potpuno je sličan. Servo svakog od kormila spojen je na potenciometrijski senzor. Glavni potenciometrijski senzor (vidi dijagram ispod):
Povezuje se na odgovarajući senzor povratne informacije u mosnom krugu. Dijagonala mosta spojena je na pojačalo 6. Kada zrakoplov skrene s putanje leta, klizač glavnog senzora će se pomaknuti i u dijagonali mosta će se pojaviti signal. Kao rezultat pojave signala, na izlazu pojačala 6 će raditi elektromagnetski relej, koji će zatvoriti krug elektromagnetske spojke 4. Bubanj 3 stroja, u čijem krugu je relej radio, zahvatit će se s osovinom neprekidno rotirajućeg elektromotora 5. Bubanj će se početi okretati i time namotati ili odmotati (ovisno o smjeru rotacije) sajle koje rotiraju odgovarajuće kormilo zrakoplova, a pritom će pomaknuti četkica potenciometra povratne sprege (FB) 2. Kada vrijednost pomaka FB 2 postane jednaka vrijednosti pomaka četke potenciometrijskog senzora, signal u dijagonali ovog mosta postat će jednak nuli i upravljanje kretanjem će se zaustaviti. U tom slučaju, upravljač zrakoplova će se okrenuti u položaj koji je potreban za pomicanje zrakoplova na zadani kurs. Kako se neusklađenost eliminira, četka glavnog senzora će se vratiti u srednji položaj.
Izlazni stupnjevi autopilota su identični, od 6 pojačala do zupčanika za upravljanje. Ali ulazi su malo drugačiji. Klizač senzora smjera nije kruto povezan s žiroskopom, već uz pomoć amortizera 9 i opruge 8. Zbog toga dobivamo ne samo pomak proporcionalan pomaku od kursa, već i dodatni jedan proporcionalan prvom izvodu odstupanja s obzirom na vrijeme. Osim toga, u svim kanalima, osim glavnih senzora, predviđeni su i dodatni koji provode povezano upravljanje duž sve tri osi, odnosno koordiniraju djelovanje sva tri kormila. Ova veza osigurava algebarsko zbrajanje signala glavnog i dodatnih senzora na ulazu pojačala 6.
Ako uzmemo u obzir kanal kontrole kursa, tada će pomoćni senzori biti senzori kotrljanja i okretanja, kojima pilot ručno upravlja. U kanalu rola nalaze se dodatni senzori okretanja i okretanja.
Utjecaj upravljačkih kanala jedan na drugi dovodi do činjenice da će, kada se zrakoplov kreće, promjena njegovog kotrljanja uzrokovati promjenu koraka i obrnuto.
Treba imati na umu da se ACS naziva autonomnim ako ima takve veze između svojih regulatora da kada se jedna od vrijednosti promijeni, ostatak će ostati nepromijenjen, odnosno promjena jedne vrijednosti ne mijenja automatski ostatak.
Izvestia
GOMSK ORDEN RADA CRVENI ZASTAVA VELUTEHNIČKO
INSTITUT nazvan po S. M. KIROVU
ISTRAŽIVANJE SUSTAVA SPOJENE REGULACIJE JEDNE KLASE OBJEKATA S DISTRIB.
PARAMETRI
V. I. Karnachuk, V. Ya. Durnovtsev
(Predstavio znanstveni seminar FTF odjela)
Višestruko povezani upravljački sustavi (SMR) trenutno se sve više koriste u automatizaciji složenih objekata. To je zbog činjenice da integrirana automatizacija proizvodnih procesa zahtijeva prijelaz s regulacije jednog parametra na pripadajuću regulaciju više veličina koje utječu jedna na drugu. Među takvim sustavima, veliko mjesto zauzima isti tip SMR, koji se sastoji od nekoliko identičnih, identično podešenih regulatora koji rade iz zajedničkog izvora sirovina ili za zajedničko opterećenje. Jednovrstni SMR-ovi uključuju višekanalni ACS objekata s distribuiranim parametrima, čiji je zadatak automatski optimizirati distribuciju parametra. Ovaj se problem ne može ispravno riješiti ako se ne uzme u obzir međusobni utjecaj kontroliranih parametara. Obračun međusobnog utjecaja značajno otežava analizu sustava, budući da se u spregnutom sustavu dinamika svakog parametra opisuje diferencijalnom jednadžbom višeg reda.
Utemeljitelj teorije regulacije nekoliko parametara je I. N. Voznesenski. Pokazao je da je kako bi se eliminirao utjecaj parametara jednih na druge potrebno u sustav uvesti umjetne veze koje kompenziraju utjecaj prirodnih veza. U tom se slučaju povezani sustav pretvara u nepovezani, tj. autonomni. Problem autonomije je specifičan problem koji u teoriji jednodimenzionalnog ATS-a nema. I. N. Voznesenski je riješio ovaj problem za postrojenje prvog reda kojim upravlja idealan regulator. Kasnije su pronađeni fizički i tehnički izvedivi uvjeti autonomije za složenije sustave. U ovim djelima raspon razmatranih predmeta u pravilu je ograničen na objekte prvog reda. Međutim, u praksi se u istraživanjima iz područja regulacije objekata s raspoređenim parametrima, kao što su destilacijski stup, ležište nafte i plina, vulkanizacijske komore, razni tipovi reaktora i sl., često traži složenija aproksimacija.
U ovom radu razmatramo neke probleme sinteze dvodimenzionalnog SMR-a astatičkog objekta s faznim napredovanjem.
kada je objekt za svaku kontroliranu varijablu opisan diferencijalnom jednadžbom drugog reda:
t dh dx 2 dt2 dt
koti -U- + kou. dt
Blok dijagram spojenog upravljačkog sustava prikazan je na sl. 1. Sustav je dizajniran za održavanje zadane vrijednosti parametra X u dva različita područja velikog objekta.
2 regulator w
Riža. 1. Strukturni dijagram dvodimenzionalnog SMR-a
Predmet regulacije je višepovezani sustav s ^-strukturom prema prihvaćenoj klasifikaciji. Prijenosne funkcije objekata za svaki izravni kanal jednake su:
K0(T,p+1) ■
SR) - ^02 (P)
P(T2P+> 1)
Odnos kontroliranih parametara prikazan je na blok dijagramu kroz konstantne koeficijente Li2 = ¿2b, iako u općem slučaju nije vremenski nepromjenjiv. Integralni regulatori s prijenosnom funkcijom smatraju se:
Regulatori primaju kontrolne signale od inercijskih senzora (termoparova) smještenih u blizini odgovarajućih regulatornih tijela. Prijenosne funkcije senzora:
Wn (p) = WT2(p) =
Analiza spregnutog sustava korištenjem jednadžbi gibanja, zapisanih čak i u obliku operatora, nezgodna je zbog visokog reda jednadžbi. Mnogo prikladnija, posebno za strukturnu sintezu, ima matričnu metodu pisanja jednadžbi.
U matričnom obliku, jednadžba za objekt s Y-strukturom ima oblik:
■ WciWcalia^i 1 - W 01^02^12^21
1 - 1^0] 1 - 12^21
a ^ i matrice-stupci kontroliranih i kontroliranih vrijednosti, respektivno.
Za kontroler možete napisati:
^^(¿y-X). (6)
u% (p) \u003d G 0 [o
5 - transformirajuća matrica upravljačkih radnji; y - matrica-stupac kontrolnih radnji.
Elementi matrice i 5 mogu se dobiti nakon jednostavnih strukturnih transformacija:
p(Tap+\)(TTp+\)
Tada se jednadžba zatvorenog SMP može zapisati u sljedećem obliku (u daljnjem tekstu ćemo pretpostaviti da su perturbacije koje djeluju na sustav / = 0):
X \u003d (/ + T0r p) "1 - W oG p5T, (7)
gdje je / matrica identiteta.
Iz (7) možemo dobiti karakterističnu jednadžbu zatvorenog CMP-a ako determinantu matrice (/ + WqWp) izjednačimo s nulom:
| /+ W0WP | = 0. (8)
Za CMP još nije pronađeno dovoljno općih kriterija za ispitivanje stabilnosti. Određivanje korijena karakteristične jednadžbe (8) također je prilično težak zadatak, budući da se može pokazati da se i u dvodimenzionalnom slučaju mora riješiti jednadžba desetog reda. U takvim uvjetima korištenje računalne tehnologije za izračun građevinskih i instalacijskih radova nije samo poželjno, već i neophodno. Značaj analognih modela posebno je velik za rješavanje problema sinteze SMP-a s određenim specificiranim svojstvima, a prije svega autonomnih SMP-ova. Poznato je da je implementacija uvjeta autonomije često nemoguća, u svakom slučaju, za svaki pojedini sustav, pronalaženje uvjeta autonomije koji bi se mogli implementirati s prilično jednostavnim poveznicama je samostalan zadatak. Iz izraza (7) se vidi da se uvjeti autonomije svode na dijagonalizaciju matrice
Φ, = (/ + ^p)-1" wQwps.
U ovom slučaju, CMP jednadžbe se razlažu u i neovisne jednadžbe. Očito, matrica Fu će biti dijagonalna samo ako postoji dijagonalna matrica W0Wpj, koja je matrica prijenosa otvorenog CMP-a. Za provedbu ovih uvjeta, umjetne kompenzacijske veze, prijenos
Riža. 2. Elektronički model samostalnih građevinsko-montažnih radova,
čije se funkcije mogu odrediti iz prikladnijeg za ove svrhe snimanja matrične jednadžbe CMP :
Fu = ^o Gr (5-Fu). (9)
Postoji veliki broj opcija za implementaciju kompenzacijskih veza. Međutim, proračuni provedeni prema jednadžbi (9) pokazuju da je najpogodnija za implementaciju varijanta blok dijagrama, kada se poprečne veze postavljaju između ulaza regulatora pojačala. U ovom slučaju, funkcije prijenosa kompenzacijskih veza imaju oblik:
/ Xu (/>) \u003d - br. "¿12; K2\(p) = -
Uzimajući u obzir izraz (2), imamo: * i (R)<= К21 (р) =
Za proučavanje dvodimenzionalnog SMR-a korišten je elektronički model sustava, sastavljen na temelju analogne postavke EMU-8. Shema elektroničkog modela SMP prikazana je na sl. 2. Numeričke vrijednosti parametara uzete su kako slijedi: a;o=10; KuK^/(r == 0,1; Tx = 10 sek; T2 = 0,1 sek; Tm = 0,3 Tr = 0,5 se/s; I = 0,1 0,9.
Riža. Slika 3. Krivulje prolaznih procesa u kanalima neautonomnog (a) i autonomnog (c) SMR-a
Studije modela pokazale su da sustav bez kompenzacijskih spojeva ostaje stabilan do vrijednosti vrijednosti odnosa ¿ = 0,5. Daljnji porast L dovodi do divergentnih oscilacija kontrolirane varijable. Međutim, čak i za L<0,5 характер переходного процесса в системе является неудовлетворительным. Полное время успокоения составляет 25-ъЗО сек при максимальном выбросе 50%. Введение перекрестных связей, соответствующих условиям автономности, позволяет резко улучшить качество регулирования.
Kao što se može vidjeti iz grafikona (slika 3.), osjetljivost svakog kanala na promjenu zadane vrijednosti u susjednom kanalu je osjetno smanjena. Trajanje prijelaznog procesa i veličina maksimalnog prenapona mogu se smanjiti smanjenjem pojačanja pojačala oba kanala za faktor 2 u usporedbi s pojačanjem uzetim za odvojeni odvojeni sustav.
1. Pronađeni su uvjeti autonomije, implementirani jednostavnim aktivnim CL-sklopovima za SMR objekte drugog reda - s faznim napredovanjem.
2. Analiza složenog SMP-a pomoću analognih računala omogućuje odabir optimalnih vrijednosti parametara SMP-a.
Predložen je elektronički model dvodimenzionalnog autonomnog SMR-a te je prikazan utjecaj veličine odnosa na stabilnost sustava.
KNJIŽEVNOST
1. M. V. Meerov, Višepovezani upravljački sustavi. Ed. "Znanost", 1965.
2. V. T. Morozovski. „Automatizacija i telemehanika“, 1962, br.9.
3. M. D. Mezarovitch, Višepovezani upravljački sustavi. Proceedings of the 1st IFAC Congress, Ed. Akademija znanosti SSSR-a, 1961.
