Bloková schéma systému nekoherentného riadenia dvojrozmerného objektu má tvar:
Chyba regulácie
Kontrolná akcia
Merané regulované veličiny
Nemerané výstupy na hlavných kanáloch s prenosovou funkciou a
Ovládače s prenosovými funkciami a
Pomocou diskrétnych prenosových funkcií regulátorov hlavných a priečnych kanálov popíšeme systém nekoherentnej regulácie:
Transformujme systém (2.0) substitúciou, získajme rovnicu spojenia medzi výstupmi systému a jeho vstupmi
(2.2)
V prvej rovnici namiesto toho nahradíme pravú stranu druhej rovnice:
(2.3)
Podobne pri dosadzovaní do druhej rovnice namiesto pravej strany prvej rovnice môžete získať závislosť výstupu na a .
Rovnica (2.3) ukazuje, že každá riadená veličina závisí od prvého vstupu systému , aj od druhého vstupu systému . Ukážme, že stabilita rozpojeného systému v tomto prípade klesá. Aby sme to dosiahli, predpokladáme, že prenosové funkcie objektu v hlavnom a krížovom kanáli sú si navzájom rovné a prenosové funkcie regulátorov sú si navzájom rovné.
Potom má rovnica (2.3) tvar:
(2.4)
Ak v objekte nie sú žiadne krížové väzby, výstupná hodnota závisí iba od referencie v súlade s nasledujúcim výrazom:
V súlade s Nyquistovým kritériom, aby bol uzavretý jednoslučkový systém stabilný (ak je stabilný otvorený), je potrebné, aby APFC hodograf otvoreného systému nepokrýval bod so súradnicami. Na základe toho v nekoherentnom riadiacom systéme, ak sa rovná nule, toto kritérium bude rovnaké, len s tým rozdielom, že súradnice kritického bodu budú . V nekoherentnom riadiacom systéme sa teda oblasť stabilného riadenia zužuje, čo znižuje stabilitu systému a zhoršuje kvalitu procesu prechodu. Ak sa pri výpočte optimálnych nastavení regulátora v nekoherentnom riadiacom systéme neberú do úvahy interné krížové väzby, systém môže byť nestabilný. Aby sa zachovala stabilita systému nesúvislého riadenia pri prítomnosti vnútorných väzieb, je potrebné znížiť zisk v porovnaní so ziskami regulátorov pri absencii priečnych väzieb o toľko, že hodograf AFC otvoreného systém nepokrýva bod súradnicami.
Je zrejmé, že sa to dá dosiahnuť výrazným dosiahnutím zisku regulátora, t.j. rýchlosť regulátora, čo prudko zhoršuje kvalitu regulácie. Preto so silnými vnútornými prepojeniami by sa príležitosť na získanie vysokej kvality regulácie mala hľadať nie v úprave štruktúr a nastavení nesúvisiacich regulátorov, ale „rozviazaním“ vnútorných spojení cez krížové kanály. Tie. je potrebné zmeniť štruktúru samotného systému. Existujú dva spôsoby, ako oslabiť alebo úplne „rozviazať“ krížové prepojenia:
1. výber nesúvisiacich alebo slabo súvisiacich parametrov ako kontrolovaných hodnôt;
2. vytvorenie systému viazanej regulácie zavedením dodatočných externých kompenzačných väzieb medzi regulátormi do krajín AKT
Neprepojený riadiaci systém je jednoduchší, spoľahlivejší a lacnejší ako združený riadiaci systém. Sú realizovateľné aj v prípadoch, keď sú koherentné regulačné systémy technicky nerealizovateľné. Sú však náchylné na rušivé vplyvy, šíria sa hlavnými a priečnymi kanálmi, čo môže viesť k zhoršeniu kvality regulácie a v najlepšom prípade k strate stability. Výhody nekoherentných riadiacich systémov vyžadujú hľadať spôsoby, ako rozšíriť rozsah ich aplikácie na objekty s prepojenými riadenými veličinami pri zachovaní uspokojivej kvality riadenia. Stupeň spojenia medzi dvoma riadenými premennými je možné určiť pomocou prenosových funkcií objektu v hlavnom a krížovom kanáli. Stupeň komunikácie na prvom hlavnom kanáli sa rovná pomeru jeho prenosovej funkcie k prenosovej funkcii druhého hlavného kanála: . Stupeň komunikácie na druhom krížovom kanáli sa rovná pomeru prenosovej funkcie tohto kanála k prenosovej funkcii prvého hlavného kanála: . Všeobecný stupeň spojenia medzi regulačnými hodnotami: . V závislosti od veľkosti celkového stupňa pripojenia možno odporučiť jednu z nasledujúcich možností ovládania:
Pri takomto spojení regulátorov sa kanály stanú hlavnými a celkový stupeň spojenia bude charakterizovaný novou hodnotou. Ak sa ukáže, že celkový stupeň korelácie hodnôt je menší ako 1, možno použiť systém oddelenej kontroly;
3. pri pomere je stupeň zapojenia významný, čo môže výrazne znížiť stabilitu systému nesúrodej regulácie; v tomto prípade je potrebné odstrániť alebo výrazne oslabiť vnútorné väzby v AKT;
4. Je možné „rozviazať“ reguláciu hodnôt za prítomnosti krížových väzieb, ak sa vykonáva regulácia hodnôt s rôznymi dynamickými charakteristikami, čo znižuje ich vzťah v procese, napríklad regulátory tlaku zvyčajne pracujú na vyšších frekvenciách ako regulátory teploty, čo určuje ich slabé vzájomné ovplyvňovanie.
Prístupy k nastaveniu nekoherentného riadiaceho systému môžu byť nasledovné:
1. nastavenie v jednookruhových systémoch;
2. Súčasná optimalizácia regulátorov v systéme nekoherentnej regulácie s prihliadnutím na vplyv hlavného a prechodného kanála.
Prvý prístup využíva modely hlavných kanálov a zodpovedajúcich regulátorov. Z nich sa skladajú jednoslučkové riadiace systémy, v ktorých sa nastavenie príslušných ovládačov vykonáva jednou z numerických metód. Výhodou tohto prístupu k nastavovaniu regulátorov je jednoduchosť a vysoká rýchlosť.
Zo sústavy rovníc pre vzťah medzi výstupmi zariadenia ( a ) a vstupmi systému ( a ) (2.3), (2.4) vyplýva, že regulovaná hodnota nezávisí len od dynamických vlastností hlavného kanála a regulátora , ale aj na dynamických vlastnostiach druhého hlavného kanála, krížových kanálov a od druhého regulátora. Podobne aj parameter. Vyladenie riadiacej časti systému sa preto musí vykonávať s prihliadnutím na dynamické vlastnosti nielen zodpovedajúceho hlavného kanála, ale aj s prihliadnutím na vplyv dynamiky krížových kanálov. Preto nevýhodou tohto prístupu k nastavovaniu regulátorov je neoptimálnosť výsledných parametrov ladenia.
Uvažujme o druhom prístupe. Výpočet prechodového procesu v systéme nekoherentného riadenia sa vykonáva podľa nasledujúceho systému konečných diferenčných rovníc:
, kde sú hmotnostné koeficienty, pre ktoré sú splnené tieto podmienky:
Indikátory kvality pre príslušný výstup systému, ktoré sa používajú ako optimalizačné kritériá. Väčší z váhových faktorov je priradený indikátoru kvality produkcie, ktorej regulácia je najdôležitejšia.
Pri použití konvolúcie je problém optimalizácie vytvorený takto: 
. Pri použití gradientovej metódy ako numerickej optimalizačnej metódy bude optimalizačný algoritmus (schéma algoritmu) rovnaký ako pre jednoslučkový systém. Rozdiel bude v tom, že pri výpočte prechodového procesu sa použije sústava rovníc (3.0) a počiatočných podmienok (3.1). Pri výpočte parciálnych derivácií kritéria vzhľadom na optimálne nastavenia možno použiť jeden z dvoch prístupov diskutovaných vyššie (s použitím a bez použitia kvázianalytických opakujúcich sa závislostí). Pri použití konečne-diferenčných rovníc je potrebné vziať parciálne derivácie všetkých rovníc systému (3.0) vzhľadom na všetky nastavenia oboch regulátorov. Počiatočné podmienky pre výpočet číselných hodnôt výsledného systému konečných diferenčných rovníc musia byť špecifikované podobne ako počiatočné podmienky (3.1).
Problémy preberané na prednáške:
1. Aké sú dôsledky rovnosti dynamiky priamych a krížových väzieb v ASR neviazanej regulácie.
2. Aké prevádzkové frekvencie je žiaduce mať v neviazaných regulačných slučkách.
3. Aký je komplexný koeficient konektivity.
4. Princíp autonómie.
5. Podmienka približnej autonómie.
Objekty s viacerými vstupmi a výstupmi, ktoré sú vzájomne prepojené, sa nazývajú viacnásobne spojené objekty.
Dynamika viacnásobne spojených objektov je opísaná systémom diferenciálnych rovníc a v Laplace-transformovanej forme matice prenosových funkcií.
Existujú dva rôzne prístupy k automatizácii viacnásobne prepojených objektov: nesúvisiaca regulácia jednotlivých súradníc pomocou jednoslučkového ACS; združené riadenie pomocou systémov s viacerými slučkami, v ktorých sú vnútorné priečne väzby objektu kompenzované vonkajšími dynamickými väzbami medzi jednotlivými regulačnými slučkami.
Obrázok 1 - Štrukturálny diagram nepripojeného riadenia
So slabými krížovými väzbami sa výpočet nesúvisiacich regulátorov vykonáva ako pre konvenčné jednoslučkové ACS, berúc do úvahy hlavné riadiace kanály.
Ak sú priečne väzby dostatočne silné, potom môže byť rezerva stability systému nižšia ako vypočítaná, čo vedie k zníženiu kvality regulácie alebo dokonca k strate stability.
Ak chcete vziať do úvahy všetky prepojenia medzi objektom a ovládačom, môžete nájsť výraz pre ekvivalentný objekt, ktorý vyzerá takto:
W 1 e (p) \u003d W 11 (p) + W 12 (p) * R 2 (p) * W 21 (p) /. (jeden)
Toto je výraz pre ovládač R 1 (p), podobný výraz pre ovládač R 2 (p).
Ak sú prevádzkové frekvencie týchto dvoch obvodov navzájom veľmi odlišné, ich vzájomný vplyv bude zanedbateľný.
Najväčšie nebezpečenstvo predstavuje prípad, keď sú všetky prenosové funkcie navzájom rovnocenné.
W 11 (p) \u003d W 22 (p) \u003d W 12 (p) \u003d W 21 (p). (2)
V tomto prípade bude nastavenie P-regulátora dvakrát menšie ako pri jednookruhovom ASR.
Pre kvalitatívne posúdenie vzájomného vplyvu regulačných slučiek sa používa komplexný koeficient konektivity.
K St (ίω) \u003d W 12 (ίω) * W 21 (ίω) / W 11 (ίω) * W 22 (ίω). (3)
Zvyčajne sa počíta pri nulovej frekvencii a pracovných frekvenciách oboch regulátorov.
Základom budovania systémov združenej regulácie je princíp autonómie. Vo vzťahu k objektu s dvomi vstupmi a výstupmi sa pod pojmom autonómnosť rozumie vzájomná nezávislosť výstupných súradníc Y 1 a Y 2 pri prevádzke dvoch uzavretých riadiacich systémov.
Podmienka autonómie pozostáva v podstate z dvoch podmienok invariancie: z invariancie prvého výstupu Y 1 voči signálu druhého regulátora X P 2 a z invariancie druhého výstupu Y 2 voči signálu prvého regulátora. X P 1:
y1 (t, x P2) = 0; y2 (t, x Pl) = 0; "t, x P1, x P2. (4)
V tomto prípade signál ХP1 možno považovať za poruchu pre Y2 a signál ÁP2 za poruchu pre Y1. Potom krížové kanály zohrávajú úlohu poruchových kanálov (obrázok 1.11.1 a obrázok 1.11.2). Na kompenzáciu týchto porúch sú do riadiaceho systému zavedené dynamické zariadenia s prenosovými funkciami R 12 (p) a R 21 (p), z ktorých sú signály privádzané do príslušných riadiacich kanálov alebo na vstupy regulátorov.
Analogicky s invariantnými ACP budú prenosové funkcie kompenzátorov R 12 (p) a R 21 (p), určené z podmienky autonómie, závisieť od prenosových funkcií priamych a krížových kanálov objektu a budú sa rovnať :
; 
, (5)
; 
. (6)
Rovnako ako v invariantných automatických riadiacich systémoch, aj pri konštrukcii autonómnych riadiacich systémov hrá dôležitú úlohu fyzická realizovateľnosť a technická implementácia približnej autonómie.
Podmienka približnej autonómie je napísaná pre skutočné kompenzátory, berúc do úvahy prevádzkové frekvencie príslušných regulátorov:
keď w=0; w=w Р2, (7)
keď w=0; w=w P1. (osem)
a) - kompenzácia vplyvu z druhého regulátora v prvom regulačnom okruhu
b) - kompenzácia vplyvu prvého regulátora v druhom regulačnom okruhu
Obrázok 2 - Štrukturálne diagramy autonómnych AKT
Obrázok 3 - Štrukturálny diagram autonómneho dvojsúradnicového riadiaceho systému
V chemickej technológii je jedným z najzložitejších viacnásobne spojených objektov rektifikačný proces. Aj v najjednoduchších prípadoch, keď sa delia binárne zmesi, možno v destilačnej kolóne rozlíšiť niekoľko vzájomne súvisiacich súradníc. Napríklad na riadenie procesu v spodnej časti kolóny je potrebné stabilizovať aspoň dva technologické parametre, ktoré charakterizujú materiálovú bilanciu v kvapalnej fáze a v jednej zo zložiek.
Otázky na sebakontrolu:
1. Definícia a úlohy automatizácie.
2. Moderný systém riadenia procesov a etapy jeho vývoja.
3. Úlohy riadenia a regulácie.
4. Základné technické prostriedky automatizácie.
5. Technologický proces ako objekt riadenia, hlavné skupiny premenných.
6. Analýza technologického procesu ako riadiaceho objektu.
7. Klasifikácia technologických procesov.
8. Klasifikácia automatických riadiacich systémov.
9. Riadiace funkcie automatických systémov.
10. Voľba kontrolovaných hodnôt a kontrolná činnosť.
11. Analýza statiky a dynamiky riadiacich kanálov.
12. Analýza vstupných akcií, výber riadených hodnôt.
13. Stanovenie úrovne automatizácie TOU.
14. Riadiace objekty a ich hlavné vlastnosti.
15. Riadiace systémy s otvorenou slučkou. Výhody, nevýhody, rozsah, bloková schéma.
16. Uzavreté riadiace systémy. Výhody, nevýhody, rozsah, bloková schéma a príklad použitia.
17. Kombinované riadiace systémy. Výhody, nevýhody, rozsah, bloková schéma a príklad použitia.
18. Teória invariantnosti automatických riadiacich systémov.
19. Kombinované AKT.
20. Typické kompenzátory.
21. Výpočet kompenzátora.
22. Aká je podmienka približnej invariantnosti.
23. Pri akých frekvenciách sa vypočítava kompenzátor za podmienky čiastočnej invariantnosti.
24. Podmienka fyzickej realizovateľnosti invariantného ACS.
25. Kaskádové riadiace systémy.
26. Aký je ekvivalentný objekt v kaskáde ACS.
27. Čo vysvetľuje účinnosť kaskádových AKT?
28. Metódy výpočtu kaskádovej ASR.
29. ASR s dodatočným impulzom na derivácii z medziľahlého bodu.
30. Rozsah ASR s dodatočným impulzom na deriváte.
31. Výpočet ASR s dodatočným impulzom na derivácii.
32. Prepojené regulačné systémy. Systémy neviazanej regulácie.
33. Aké sú dôsledky rovnosti dynamiky priamych a krížových väzieb v ASR neviazanej regulácie.
34. Aké pracovné frekvencie je žiaduce mať v obvodoch neviazanej regulácie.
35. Aký je komplexný koeficient konektivity.
36. Systémy viazanej regulácie. Autonómne krajiny AKT.
37. Princíp autonómie.
38. Podmienka približnej autonómie.
Základom pre budovanie spriahnutých riadiacich systémov je princíp autonómie. Vo vzťahu k objektu s dvomi vstupmi a výstupmi pojem autonómia znamená vzájomnú nezávislosť výstupných súradníc y 1 a y2 počas prevádzky dvoch uzavretých riadiacich systémov.
Podmienka autonómie v podstate pozostáva z dvoch podmienok invariancie: invariantnosti prvého výstupu y 1 vo vzťahu k signálu druhého ovládača X p2 a invariantnosť druhého výstupu y2. vzhľadom na signál prvého ovládača X p1:
Zároveň signál X p1 možno považovať za pohoršenie y2, signál X p2 - ako pobúrenie pre y1. Potom krížové kanály zohrávajú úlohu poruchových kanálov (obr. 1.35). Na kompenzáciu týchto porúch sa do riadiaceho systému zavádzajú dynamické zariadenia s prenosovými funkciami R 12 (p) a R 21 (p), signály, z ktorých sa posielajú do zodpovedajúcich riadiacich kanálov alebo na vstupy regulátorov.
Analogicky s invariantným ASR, prenosové funkcie kompenzátorov R 12 (p) a R 21 (p), určená z podmienky autonómie, bude závisieť od prenosových funkcií priamych a krížových kanálov objektu a v súlade s výrazmi (1.20) a (1.20, a) sa bude rovnať:
Rovnako ako v invariantnom ASR zohráva dôležitú úlohu fyzická realizovateľnosť a technickú realizáciu približná autonómia.
Podmienka približnej autonómie je napísaná pre skutočné kompenzátory, berúc do úvahy prevádzkové frekvencie príslušných regulátorov:
V chemickej technológii je jedným z najzložitejších viacnásobne spojených objektov rektifikačný proces. Aj v najjednoduchších prípadoch - pri separácii binárnych zmesí - možno v destilačnej kolóne rozlíšiť niekoľko vzájomne prepojených súradníc (obr. 1.36). Napríklad na riadenie procesu v spodnej časti kolóny je potrebné stabilizovať aspoň dva technologické parametre, ktoré charakterizujú materiálovú bilanciu v kvapalnej fáze a v jednej zo zložiek. Na tento účel sa zvyčajne volí hladina kvapaliny v kocke a teplota pod prvou doskou a ako riadiace vstupné signály sa používa prietok vykurovacej pary a odber spodného produktu. Každá z riadiacich činností však ovplyvňuje oba výstupy: pri zmene prietoku vykurovacej pary sa mení rýchlosť vyparovania spodného produktu a v dôsledku toho sa mení hladina kvapaliny a zloženie pary. Podobne zmena v regenerácii produktu z päty kolóny ovplyvňuje nielen hladinu destilačného zvyšku, ale aj refluxný pomer, čo vedie k zmene zloženia pár na dne kolóny.
Ryža. 1.35. Štrukturálne diagramy autonómnych AKT: a– kompenzácia vplyvu z druhého regulátora v prvej regulačnej slučke; b– kompenzácia vplyvu prvého regulátora v druhej regulačnej slučke; c - autonómny riadiaci systém dvoch súradníc
Ryža. 1.36. Príklad systému riadenia objektov s niekoľkými vstupmi a výstupmi:
1 - destilačná kolóna; 2 – kotol; 3 - deflegmátor; 4 – kapacita hlienu; 5 - Regulátor teploty; 6,9 – regulátory úrovne; 7 - regulátor prietoku; 8 – regulátor tlaku
Pre riadenie procesu v hornej časti si môžete zvoliť tlak a teplotu pary ako výstupné súradnice a prívod chladiva do deflegmátora a reflux do refluxu kolóny ako riadiace vstupné parametre. Je zrejmé, že obe vstupné súradnice ovplyvňujú tlak a teplotu v kolóne počas tepelných procesov a procesov prenosu hmoty.
Nakoniec, ak vezmeme do úvahy systém regulácie teploty súčasne v hornej a dolnej časti kolóny privádzaním refluxnej a vykurovacej pary, získame tiež nepripojený systém riadenia objektu s vnútornou krížovou väzbou.
V súčasnosti existuje množstvo automatických riadiacich systémov (ACS) alebo, ako sa im tiež hovorí, automatických riadiacich systémov (ACS). V tomto článku zvážime niektoré metódy regulácie a typy ACS.
Priama a nepriama regulácia
Ako viete, každý automatický riadiaci systém pozostáva z regulátora a predmetu regulácie. Regulátor má citlivý prvok, ktorý sleduje zmeny regulovanej hodnoty od hodnoty zadaného riadiaceho signálu. Citlivý prvok zase pôsobí na regulátor, ktorý následne mení parametre systému takým spôsobom, že hodnota žiadanej a regulovanej hodnoty sa zhoduje. V najjednoduchších regulátoroch nastáva pôsobenie snímacieho prvku na regulátor priamo, to znamená, že sú priamo spojené. V súlade s tým sa takéto ACS nazývajú priame riadiace systémy a regulátory sa nazývajú priamo pôsobiace regulátory, ako je uvedené nižšie:
V takomto systéme energia potrebná na pohyb ventilu, ktorý reguluje prívod vody do bazéna, pochádza priamo z plaváka, ktorý tu bude snímacím prvkom.
Pri nepriamej regulácii ACS sa na organizáciu pohybu regulačného orgánu používajú pomocné zariadenia, ktoré na svoju prácu využívajú dodatočné zdroje energie. V takomto systéme bude snímací prvok pôsobiť na ovládanie pomocného zariadenia, ktoré následne posunie ovládač do požadovanej polohy, ako je znázornené nižšie:
Tu pôsobí plavák (snímací orgán) na kontakt budiaceho vinutia elektromotora, ktorý otáča ventil do požadovaného smeru. Takéto systémy sa používajú vtedy, keď výkon citlivého prvku nestačí na ovládanie pracovného mechanizmu alebo je potrebné mať veľmi vysokú citlivosť meracieho prvku.
Jednoslučkový a viacslučkový ACS
Moderné ACS veľmi často, takmer vždy, majú paralelné korekčné zariadenia alebo lokálne spätné väzby, ako je uvedené nižšie:
ACS, v ktorých iba jedna hodnota podlieha regulácii a majú iba jednu hlavnú spätnú väzbu (jedna regulačná slučka), sa nazývajú jednoslučkové. V takýchto automatických riadiacich systémoch môže náraz aplikovaný na niektorý bod systému obísť celý systém a vrátiť sa do pôvodného bodu po prejdení iba jednej obtokovej cesty:
A ACS, v ktorých sú okrem hlavného okruhu aj miestne alebo hlavné spätné väzby, sa nazývajú viacokruhové. Naopak, jednookruhové, vo viacokruhových systémoch, akcia aplikovaná na niektorý bod systému môže obísť systém a vrátiť sa do bodu pôsobenia akcie pozdĺž niekoľkých okruhov systému.
Systémy spojeného a nepripojeného automatického riadenia
Systémy, v ktorých regulácii podlieha viacero veličín (viacrozmerné ACS), možno rozdeliť na súvisiace a nesúvisiace.
Odpojené riadiace systémy
Systémy, v ktorých regulátory určené na reguláciu rôznych veličín, ktoré spolu nesúvisia a môžu interagovať prostredníctvom spoločného objektu regulácie, sa nazývajú systémy nesúvisiacej regulácie. Systémy neviazanej regulácie sa delia na nezávislé a závislé.
V závislých premenných má zmena jednej z veličín, ktoré sa majú kontrolovať, za následok zmenu zostávajúcich veličín, ktoré sa majú kontrolovať. Preto v takýchto zariadeniach nie je možné posudzovať rôzne riadiace parametre oddelene od seba.
Príkladom takéhoto systému je lietadlo s autopilotom, ktoré má samostatný riadiaci kanál pre kormidlá. Ak sa lietadlo vychýli z kurzu, autopilot spôsobí vychýlenie kormidla. Autopilot bude vychyľovať krídelká, zatiaľ čo vychýlenie krídielok a kormidla zvýši odpor lietadla, čo spôsobí vychýlenie výškovky. Preto nie je možné posudzovať oddelene procesy riadenia smeru, sklonu a rolovania, aj keď každý z nich má svoj vlastný riadiaci kanál.
V nezávislých systémoch neviazanej regulácie je opak pravdou, každá z regulovaných veličín nebude závisieť od zmien všetkých ostatných. Takéto procesy riadenia možno posudzovať oddelene od seba.
Príkladom je ACS uhlovej rýchlosti hydroturbíny, kde sa napätie vinutia generátora a otáčky turbíny regulujú nezávisle od seba.
Prepojené riadiace systémy
V takýchto systémoch majú regulátory rôznych hodnôt medzi sebou spojenia, ktoré interagujú mimo objektu regulácie.
Zoberme si napríklad elektrického autopilota EAP, ktorého zjednodušená schéma je uvedená nižšie:
Jeho účelom je udržiavať náklon, kurz a náklon lietadla na danej úrovni. V tomto príklade budeme brať do úvahy funkcie autopilota súvisiace len s udržiavaním daného kurzu, sklonu, náklonu.
Hydraulický polokompas 12 plní úlohu citlivého prvku, ktorý sleduje odchýlku lietadla od kurzu. Jeho hlavnou časťou je gyroskop, ktorého os smeruje po danom kurze. Keď sa lietadlo začne odchyľovať od kurzu, os gyroskopu začne pôsobiť na posúvače reostatického smeru 7 a otáčať 10 snímačmi spojenými pomocou páky 11, pričom si zachováva svoju polohu v priestore. Teleso lietadla spolu so snímačmi 7 a 10 sú zase posunuté vzhľadom na os horoskopu, medzi polohou gyroskopu a telesa lietadla je rozdiel, ktorý je snímaný snímačmi 7 a 10.
Prvok, ktorý bude vnímať odchýlku lietadla od kurzu nastaveného v priestore (horizontálna alebo vertikálna rovina), bude vertikálny gyroskop 14. Jeho hlavná časť je rovnaká ako v predchádzajúcom prípade - gyroskop, ktorého os je kolmá. do vodorovnej roviny. Ak sa lietadlo začne odchyľovať od horizontu, posúvač 13 snímača sklonu sa začne posúvať v pozdĺžnej osi a keď sa odchýli v horizontálnej rovine, posunú sa snímače 15-17 nakláňania.
Orgánmi, ktoré riadia lietadlo, sú riadiace kormidlá 1, výška 18 a krídelká 19 a výkonnými prvkami, ktoré riadia polohu kormidiel, sú riadiace stroje smeru, náklonu a nakláňania. Princíp činnosti všetkých troch kanálov autopilota je úplne podobný. Servo každého z kormidiel je spojené s potenciometrickým snímačom. Hlavný potenciometrický snímač (pozri obrázok nižšie):
Pripája sa k zodpovedajúcemu snímaču spätnej väzby v mostíkovom obvode. K zosilňovaču 6 je pripojená uhlopriečka mostíka. Keď sa lietadlo vychýli z dráhy letu, posúvač hlavného snímača sa posunie a v uhlopriečke mostíka sa objaví signál. V dôsledku objavenia sa signálu bude na výstupe zosilňovača 6 pracovať elektromagnetické relé, ktoré uzavrie obvod elektromagnetickej spojky 4. Bubon 3 stroja, v obvode ktorého relé pracovalo, bude v zábere s hriadeľom kontinuálne sa otáčajúceho elektromotora 5. Bubon sa začne otáčať a tým navíjať alebo odvíjať (závisí od smeru otáčania) lanká, ktoré otáčajú príslušné kormidlo lietadla a zároveň posúvajú kefa spätnoväzbového potenciometra (FB) 2. Keď sa hodnota posunutia FB 2 bude rovnať hodnote posunutia kefy potenciometrického snímača, signál v uhlopriečke tohto mostíka sa bude rovnať nule a riadenie pohybu sa zastaví. V tomto prípade sa volant lietadla otočí do polohy potrebnej na posunutie lietadla do daného kurzu. Keď sa nesúlad odstráni, kefa hlavného snímača sa vráti späť do strednej polohy.
Koncové stupne autopilota sú identické, od 6 zosilňovačov až po prevody riadenia. Ale vstupy sú mierne odlišné. Posúvač snímača kurzu nie je pevne spojený s gyroskopom-polkompasom, ale pomocou tlmiča 9 a pružiny 8. Tým získame nielen posun úmerný posunu od kurzu, ale aj dodatočná jedna úmerná prvej derivácii odchýlky vzhľadom na čas. Okrem toho sú vo všetkých kanáloch okrem hlavných snímačov k dispozícii aj ďalšie, ktoré vykonávajú súvisiace ovládanie pozdĺž všetkých troch osí, to znamená, že koordinujú činnosť všetkých troch kormidiel. Takéto spojenie poskytuje algebraický súčet signálov hlavného a prídavného snímača na vstupe zosilňovača 6.
Ak vezmeme do úvahy kanál riadenia kurzu, potom pomocné senzory budú senzory nakláňania a otáčania, ktoré sú manuálne ovládané pilotom. V kanáli rolovania sú ďalšie snímače otáčania a otáčania.
Vplyv riadiacich kanálov na seba vedie k tomu, že keď sa lietadlo pohybuje, zmena jeho náklonu spôsobí zmenu sklonu a naopak.
Je potrebné mať na pamäti, že ACS sa nazýva autonómny, ak má medzi svojimi regulátormi také spojenia, že keď sa jedna z hodnôt zmení, zvyšok zostane nezmenený, to znamená, že zmena jednej hodnoty automaticky nezmení zvyšok.
Izvestija
GOMSKÝ PORIADOK PRÁCE ČERVENÝ PANER POLYTECHNICKÝ
INŠTITÚT pomenovaný po S. M. KIROV
PRESKÚMANIE SYSTÉMU SPOJENEJ REGULÁCIE JEDNEJ TRIEDY OBJEKTOV S DISTRIBÚ.
PARAMETRE
V. I. Karnachuk, V. Ya. Durnovtsev
(Uvádza vedecký seminár katedry FTF)
Viacnásobne prepojené riadiace systémy (SMR) sa v súčasnosti čoraz viac využívajú pri automatizácii zložitých objektov. Je to spôsobené tým, že integrovaná automatizácia výrobných procesov vyžaduje prechod od regulácie jedného parametra na s tým spojenú reguláciu viacerých veličín, ktoré sa navzájom ovplyvňujú. Medzi takýmito systémami má veľké miesto rovnaký typ SMR, pozostávajúci z niekoľkých rovnakých, identicky ladených regulátorov pracujúcich zo spoločného zdroja surovín alebo na spoločnú záťaž. Jednotypové SMR obsahujú viackanálové ACS objektov s distribuovanými parametrami, ktorých úlohou je automaticky optimalizovať distribúciu parametra. Tento problém nie je možné správne vyriešiť, ak sa neberie do úvahy vzájomné ovplyvňovanie riadených parametrov. Účtovanie vzájomného vplyvu výrazne komplikuje analýzu systému, pretože v združenom systéme je dynamika každého parametra opísaná diferenciálnou rovnicou vyššieho rádu.
Zakladateľom teórie regulácie viacerých parametrov je I. N. Voznesensky. Ukázal, že na elimináciu vplyvu parametrov na seba je potrebné zaviesť do systému umelé prepojenia, ktoré kompenzujú vplyv prirodzených väzieb. V tomto prípade sa pripojený systém zmení na nepripojený, t.j. autonómny. Problém autonómie je špecifický problém, ktorý v teórii jednorozmerných ATS absentuje. I. N. Voznesensky tento problém vyriešil pre závod prvého rádu riadený ideálnym regulátorom. Neskôr sa našli fyzikálne a technicky uskutočniteľné podmienky autonómie pre zložitejšie systémy. V týchto prácach je rozsah posudzovaných predmetov spravidla obmedzený na predmety prvého rádu. V praxi sa však pri štúdiách v oblasti regulácie objektov s rozloženými parametrami, ako sú destilačná kolóna, zásobník ropy a plynu, vulkanizačné komory, rôzne typy reaktorov a pod., často vyžaduje zložitejšia aproximácia.
V tomto článku uvažujeme o niektorých otázkach syntézy dvojrozmerného SMR astatického objektu s fázovým posunom.
keď je objekt pre každú riadenú premennú opísaný diferenciálnou rovnicou druhého rádu:
t dh dx 2 dt2 dt
koti -U- + kou. dt
Bloková schéma združeného riadiaceho systému je znázornená na obr. 1. Systém je navrhnutý tak, aby udržiaval danú hodnotu parametra X v dvoch rôznych oblastiach veľkého objektu.
2 regulátor š
Ryža. 1. Štrukturálny diagram dvojrozmerného SMR
Predmetom regulácie je viacčlenná sústava s ^-štruktúrou podľa prijatej klasifikácie. Prenosové funkcie objektov pre každý priamy kanál sa rovnajú:
K0(T,p+1) ■
SR) - ^02 (P)
P(T2P+> 1)
Vzťah riadených parametrov je znázornený na blokovom diagrame prostredníctvom konštantných koeficientov Li2 = ¿2b, hoci vo všeobecnom prípade nie je časovo invariantný. Za integrované ovládače s prenosovou funkciou sa považujú:
Regulátory prijímajú riadiace signály z inerciálnych snímačov (termočlánkov) umiestnených v blízkosti príslušných regulačných orgánov. Prenosové funkcie snímačov:
Wn (p) = WT2 (p) =
Analýza združeného systému pomocou pohybových rovníc, napísaných aj vo forme operátora, je nepohodlná kvôli vysokému poriadku rovníc. Oveľa pohodlnejšie, najmä pre štrukturálnu syntézu, má maticový spôsob písania rovníc.
V maticovom tvare má rovnica pre objekt so štruktúrou Y tvar:
■ WciWcalia^i 1 - W 01^02^12^21
1 - 1^0] 1 - 12^21
a ^ a matice-stĺpce kontrolovaných a kontrolovaných hodnôt.
Pre ovládač môžete napísať:
^^(¿y-X). (6)
u% (p) \u003d G 0 [o
5 - transformujúca matica riadiacich akcií; y - maticový stĺpec kontrolných akcií.
Maticové prvky a 5 možno získať po jednoduchých štrukturálnych transformáciách:
p(Tap+\)(TTp+\)
Potom rovnicu uzavretého SMP môžeme zapísať v nasledujúcom tvare (ďalej budeme predpokladať, že poruchy pôsobiace na systém / = 0):
X \u003d (/ + T0r p) "1 - W oG p5T, (7)
kde / je matica identity.
Z (7) môžeme získať charakteristickú rovnicu uzavretého CMP, ak prirovnáme determinant matice (/ + WqWp) k nule:
| /+ W0WP | = 0. (8)
Pre CMP sa zatiaľ nenašlo dostatočné množstvo všeobecných kritérií na testovanie stability. Určenie koreňov charakteristickej rovnice (8) je tiež dosť ťažkopádna úloha, pretože sa dá ukázať, že aj v dvojrozmernom prípade je potrebné vyriešiť rovnicu desiateho rádu. Za takýchto podmienok je použitie výpočtovej techniky na kalkuláciu stavebných a inštalačných prác nielen žiaduce, ale aj nevyhnutné. Význam analógových modelov je obzvlášť veľký pri riešení problémov syntézy SMP s určitými špecifikovanými vlastnosťami a predovšetkým autonómnych SMP. Je známe, že implementácia podmienok autonómie je často nemožná, v každom prípade pre každý špecifický systém je hľadanie podmienok autonómie, ktoré by bolo možné implementovať pomerne jednoduchými prepojeniami, nezávislou úlohou. Z výrazu (7) je vidieť, že podmienky autonómie sú redukované na diagonalizáciu matice
Φ, = (/ + ^p)-1" wQwps.
V tomto prípade sa rovnice CMP rozložia na i nezávislé rovnice. Je zrejmé, že matica Fu bude diagonálna iba vtedy, ak existuje diagonálna matica W0Wpj, ktorá je prenosovou maticou otvoreného CMP. Na realizáciu týchto podmienok umelé kompenzačné spojenia, prenos
Ryža. 2. Elektronický model autonómnych stavebných a inštalačných prác,
ktorých funkcie je možné určiť z vhodnejšieho záznamu maticovej rovnice CMP:
Fu = ^o Gr (5-Fu). (deväť)
Existuje veľké množstvo možností implementácie kompenzačných odkazov. Výpočty uskutočnené podľa rovnice (9) však ukazujú, že najvhodnejší na realizáciu je variant blokovej schémy, keď sú medzi vstupmi zosilňovačov regulátora superponované priečne väzby. Pre tento prípad majú prenosové funkcie kompenzačných prepojení tvar:
/ Xu (/>) \u003d - č. "¿12; K2\(p) = -
Ak vezmeme do úvahy výraz (2), máme: * a (Р)<= К21 (р) =
Na štúdium dvojrozmerného SMR sa použil elektronický model systému zostavený na základe analógového nastavenia EMU-8. Schéma elektronického modelu SMP je znázornená na obr. 2. Číselné hodnoty parametrov boli brané nasledovne: a;o=10; KuK^/(r == 0,1; Tx = 10 s; T2 = 0,1 s; Tm = 0,3 Tr = 0,5 se/s; I = 0,1 0,9.
Ryža. 3. Krivky prechodných procesov v kanáloch neautonómnych (a) a autonómnych (c) SMR Obr.
Modelové štúdie ukázali, že systém bez kompenzačných spojení zostáva stabilný až do hodnoty hodnoty vzťahu ¿ = 0,5. Ďalšie zvýšenie L vedie k divergentným osciláciám regulovanej veličiny. Avšak aj pre 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.
Ako je možné vidieť z grafov (obr. 3), citlivosť každého kanála na zmenu požadovanej hodnoty v susednom kanáli je výrazne znížená. Trvanie prechodného procesu a veľkosť maximálneho rázu možno znížiť znížením zosilnenia zosilňovačov oboch kanálov o faktor 2 v porovnaní so zosilnením, ktoré sa dosiahne pre neviazaný samostatný systém.
1. Sú nájdené podmienky autonómie, realizované jednoduchými aktívnymi CL-obvodmi pre objekty SMR druhého rádu - s fázovým predstihom.
2. Analýza komplexných SMP pomocou analógových počítačov vám umožňuje zvoliť optimálne hodnoty parametrov SMP.
Je navrhnutý elektronický model dvojrozmerného autonómneho SMR, kde je ukázaný vplyv veľkosti vzťahu na stabilitu systému.
LITERATÚRA
1. M. V. Meerov, Viacnásobne prepojené riadiace systémy. Ed. "Veda", 1965.
2. V. T. Morozovský. "Automatizácia a telemechanika", 1962, č.9.
3. M. D. Mezarovitch, Multi-prepojené riadiace systémy. Zborník z 1. kongresu IFAC, Ed. Akadémia vied ZSSR, 1961.
