Существует большое разнообразие систем, заменяющих деятельность человека. Они применяются для контроля и управления самыми различными производственными процессами во всех областях техники, а также во всех сферах деятельности человека. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, пневматические, гидравлические, электрические, радиотехнические и другие устройства, составляя в общем сложный комплекс взаимодействующих друг с другом элементов. В результате каждая система отличается принципиальной схемой, назначением, параметром контроля или управления, принципом действия, характером работы.
При таком многообразии детальное изучение всех устройств теряет смысл и необходимость, так как это приведёт к бестолковой загрузке памяти изучающего. Однако принципы построения этих систем и методы исследования их характеристик имеют много общего. Так, например, система для получения информации о состоянии производственного аппарата состоит из последовательно включенных типовых элементов для передачи сигналов от производственного аппарата на устройство отображения информации, а система управления производственным процессом наоборот имеет последовательную цепь элементов для передачи воздействия на производственный аппарат. Но обе системы могут содержать одинаковые по назначению элементы.
В этой связи по функциональному признаку можно выделить следующие основные три разновидности систем автоматики: система контроля (СК), система управления (СУ), система автоматического регулирования (САР).
Система контроля
Под контролем понимается совокупность методов и средств, обеспечивающих получение информации о состоянии производственного процесса и объекта, в котором процесс выполняется. Система контроля освобождает человека от непосредственного наблюдения за производственным процессом, за состоянием производственного агрегата. Благодаря применению систем контроля происходит замена определенной деятельности человека техническими средствами, и потому такой контроль называют автоматическим.
Особая необходимость в автоматическом контроле возникает, когда операция контроля из-за своей сложности требует очень много времени или когда требуется высокая точность контроля или же контролируемая величина изменяется с большой скоростью, превышающей физические возможности человека. Часто контроль необходим из-за недоступности человека к объекту контроля в силу специфики технологии производства.
Системы автоматического контроля осуществляют измерение различных физических величин: температуры, давления, расхода, электрического напряжения и тока, механического напряжения (нагрузки), уровня жидкости и сыпучего материала, перемещения рабочих органов механизмов и поточно-транспортных систем. Благодаря этому они осуществляют контроль размеров и качества обработки изделий, сортировку и отбраковку изделий, учёт готовой продукции производства, контроль за движением транспорта, сигнализацию аварийных режимов производственных процессов и т.д.
На рисунке 1 показаны три системы контроля параметров работы грейдера.
Система 1 ведёт контроль запаса топлива в баке, находящимся под сидением водителя (оператора) грейдера. Система состоит из первичного прибора 1а, вторичного прибора 1б и объекта контроля (бак). Эта система крайне необходима по условию недоступности оператора к объекту и обеспечения непрерывности работы грейдера. Без этой системы водитель (оператор) должен каким-то образом проникать внутрь бака и определять запас топлива органами обоняния, осязания, что связано с токсичным отравлением, пожарной опасностью и взрывом.
Работает система 1 так. При пустом топливном баке поплавок опущен вниз, а движок реостата датчика Rд находится в верхнем крайнем положении и его сопротивление максимально. Выполняется уравнение (1):
R1 Rд=R2 R3 (1)
Тогда потенциалы вершин А и В мостовой схемы равны, прибор V1 показывает ноль. При наполнении бака топливом, уровень повышается, движок Rд перемещается вниз и шунтирует часть реостата-датчика Rд, уменьшая его общее сопротивление. За счёт этого увеличивается электрический ток от источника Uп через R3, Rд, соответственно увеличивается падение напряжения на R3 и потенциал вершины В изменяется, в то время как потенциал вершины А остается неизменным. В результате возникает разность потенциалов между вершинами А и В, которую показывает индикатор V1.Эта разность максимальна при полном баке. По мере расхода топлива уровень снижается, поплавок опускается, движок датчика Rд движется вверх, сопротивление Rд увеличивается, ток через Rд, R3 уменьшается и потенциал вершины В приближается к потенциалу вершины А, а стрелка индикатора V1 движется к нулю.
Система 2 контролирует угол наклона отвала грейдера. Она состоит из первичного прибора 2а и вторичного прибора 2б. Эта система очень необходима, так как без неё оператор сможет определить наклон планируемой площадки очень грубо. Здесь возможны значительные отклонения, которые приводят к автокатастрофам. Система 2 работает аналогично первой системе только нулевое показание индикатора V2 достигается при среднем положении движка датчика Rд. Тогда выполняется равенство:
(R1+0,5Rд) R4=(R2+0,5Rд) R3 (2)
Изменение угла наклона планировки относительно горизонтали с помощью отвеса перемещает движок Rд и изменяет соотношение частей 0,5Rд, нарушая равенство 2, которое вызывает появление разности потенциалов вершин А и В и соответственно отклонение стрелки индикатора V2.
Система 3 измеряет рабочее давление в гидросистеме поршневых камер (ПК). Это давление обеспечивает перемещение отвала грейдера по углу наклона. Система 3 представляет собой обычный пружинный манометр, чувствительным элементом которого служит пустотелая одновитковая пружина (полукольцо). Внутрь пружины подается измеряемое давление и равномерно действует на её внутреннюю поверхность. Так как наружная поверхность полукольца больше внутренней, то сила измеряемого давления выпрямляет пружину. Один её край закреплён неподвижно, а второй через механическую связь поворачивает указательную стрелку до момента уравновешивания измеряемого давления упругой силой полой пружины.
Взятые вместе три системы обеспечивают работу грейдера на нормативном режиме по трем названным параметрам. Первая система работает независимо от второй и третьей. Вторая система косвенно зависит от третьей, так как если третья система дает результат ниже нормы, то исключается возможность изменения угла наклона отвала нерабочим состоянием гидроприводов ПК.
Рисунок 1
Первая и вторая системы похожи по составу структурных элементов. Они имеют реостатный датчик Rд, обе используют, так называемые, мостовые схемы и обе используют одинаковые индикаторы. Третья система имеет совершенно иные структурные элементы в виде набора механических рычагов и пружин. Но все три системы содержат одинаковые типовые функциональные узлы. Они представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 - Структурная схема системы контроля.
ОК – объект контроля – это аппарат (производственный агрегат, технологическое оборудование или его конструктивные элементы), в котором выполняется контролируемый производственный процесс. Производственным процессом называют совокупность действий, в результате которых формируется полуфабрикат или готовая продукция. Производственный процесс характеризуется нормативными параметрами – это физические величины, нормирующие режим производственного процесса. Одна из этих величин воспринимается датчиком (ИП), который называют измерительным преобразователем, потому что он, воспринимая изменение параметра объекта, измеряет этот параметр, а затем преобразует принятый сигнал в другой вид, удобный для передачи на вторичный прибор. Измерительный преобразователь первым реагирует на изменение состояния объекта и потому ИП называют первичным прибором. Он воспринимает значение параметра, существующее в любой данный момент времени. Это значение называют истинным и обозначают Хи. После измерительного преобразователя образуется сигнал-эквивалент параметра объекта (Хэкв). Для каждого параметра существует свой ИП, обладающий избирательностью, т.е. способностью выделять (чувствовать) только один параметр объекта. Этот параметр называют контролируемым. Другие параметры, влияющие на режим работы объекта контроля или управления, не измеряются и называются неконтролируемыми. В зависимости от применяемого ИП формируется назначение и название системы контроля: система контроля давления; система контроля температуры; система контроля уровня.
Например, в системах 1 и 2 (рисунок 1) реостатный датчик Rд воспринимает перемещение поплавка в первой системе и перемещение отвеса (угла наклона) во второй системе. Первую систему называют системой контроля уровня, вторую системой контроля угла наклона. Но в обеих системах перемещение движка вызывает изменение омического сопротивления - это сигнал другого вида. Его можно передавать на вторичный прибор по проводной связи.
В системе 3 датчик (полая пружина) воспринимает давление - это действие перпендикулярной силы на единицу поверхности. Полая пружина раскручивается давлением изнутри и выдает перемещение незакрепленного конца пружины. Это другой вид параметра, но перемещение пропорционально величине измеряемого давления, т.е. Хэкв = КХи.
Сигнал с выхода ИП подается на элемент сравнения ЭС, который сравнивает сигнал датчика с эталоном и тем самым калибрует сигнал датчика.
В системах 1 и 2 (рисунок 1) элементом сравнения служит мостовая схема. Эталоном являются резисторы R1,R2,R3,R4. По уравнениям (1 и 2) определяется величина сопротивления датчика с помощью мостовой схемы.
В системе 3 элементом сравнения служит одновитковая полая пружина. Эталоном является величина упругой силы этой пружины. Упругая сила уравновешивает измеряемое давление и в момент их равенства измеряемое давление становится известным.
В промышленных приборах в качестве элементов сравнения используют типовые измерительные схемы: мостовая, диффренциально-трансформаторная и компенсационная (потенциометрическая).
После элемента сравнения сигнал определен и его нужно отобразить на каком-либо указателе – отсчетном устройстве 0У для представления информации оператору. Наиболее часто отсчетным устройством служат системы: шкала-стрелка (прибор показывающий), перо-диаграмма (прибор самопишущий), люминесцентные индикаторы либо механические указатели (прибор показывающий). Но на выходе ЭС сигнал имеет малую мощность. Она недостаточна для перемещения стрелки по шкале или пера по диаграмме, поэтому необходимо усиление сигнала. Для этого после ЭС часто включают усилительно-преобразующее устройство (УПУ). В системах 1 и 2 (рисунок 1) этот блок не показан.
Таким образом, система контроля содержит следующие функциональные узлы:
Объект контроля - ОК;
Измерительный преобразователь – ИП (датчик);
Элемент сравнения - ЭС;
Усилительно-преобразующее устройство - УПУ;
Отсчётное устройство - ОУ.
Воздействия f1… fn на объект, не зависящие от системы контроля или управления, называются возмущениями. Они бывают 2-х видов: нагрузка и помехи. Наличие нагрузки обусловлено работой объекта. От нагрузки объект принципиально не может быть защищен, так как она заложена самой технологией в объекте. Помехи связаны с побочными, нежелательными явлениями и любые меры по их ослаблению (экранировка) улучшают работу объекта.
Конструктивно система контроля (СК) делится на две части: первичный и вторичный приборы. Первичный прибор всегда расположен внутри объекта, либо около объекта. Вторичный прибор расположен обычно на специальном щите контроля и управления, поэтому между объектом и щитом образуется дистанция, в пределах которой проложена линия связи между первичным и вторичным приборами. Первичный прибор воспринимает изменение состояния объекта контроля и управления, а вторичный прибор обрабатывает информацию, полученную от первичного прибора, и представляет результат оператору, либо передает результат другим вторичным приборам, микроконтроллерам, ЭВМ, либо в цепь управления объектом через регулирующие устройства.
Система управления
Под управлением понимают такую организацию процесса, которая обеспечивает заданный характер протекания процесса. При этом сам процесс является объектом управления, а переменные физические величины, характеризующие состояние процесса, называют управляемыми переменными или управляемыми (регулируемыми) величинами /1/. Производственный процесс выполняется в каком-либо устройстве, аппарате, потому объектом регулирования называют этот аппарат вместе с процессом. Фактически это тот же объект контроля.
Если управление объектом осуществляется человеком (оператором), то такое управление считают ручным. Если управление объектом осуществляется без участия человека, то такое управление является автоматическим.
Управление может быть местным, тогда щит с аппаратурой управления расположен около объекта и дистанционным, при котором силовые элементы системы управления монтируют на объекте, а щит управления располагают на некотором расстоянии от объекта в пункте, удобном для управления комплексом производственного участка, цеха, завода.
В принципе система управления (СУ) служит для передачи энергетического регулирующего воздействия на объект регулирования (ОР) от оператора либо регулятора с целью изменения параметра объекта по определённому закону и доведения его до заданного значения. В этой связи данная система имеет в своем составе силовые звенья. Структура построения системы управления показана на рисунке 3 / 2 /.
Рисунок 3 – Структурная схема системы управления (СУ)
Объект управления, или регулирования (ОР), или объект контроля (ОК) физически это одно и то же. Объект регулирования может быть представлен техническим устройством, либо более простой системой управления. В последнем случае речь идет о некоторой иерархической системе управления, в которой система управления более сложная включает в себя управляемую ею более простую систему или подсистему.
Регулирующий орган (РО) это устройство, непосредственно воздействующее на поток энергии или вещества, подаваемых в объект регулирования. Таким типовым устройством может быть клапан, задвижка, заслонка. Регулирующим органом так же могут быть и целые производственные агрегаты: транспортер, бульдозер, отвал бульдозера или грейдера и другие рабочие органы механизмов. Всё зависит от функционального назначения того или иного устройства, узла, прибора.
Исполнительный механизм (ИМ) – это силовой агрегат, способный создавать усилие для движения регулирующего органа. Здесь обычно используют различные двигатели: поршневые и мембранные камеры, электромагниты, электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания и др. Исполнительный механизм, получая управляющее воздействие от оператора или регулятора, преобразует его в силовое воздействие на регулирующий орган.
Если управляющее (регулирующее) воздействие формирует оператор, то систему управления называют ручной. Если регулирующее воздействие формирует регулятор, то систему управления называют автоматической. Регулятор формирует регулирующее воздействие с помощью элемента сравнения либо с помощью специального формирователя, а также с помощью УПУ,ИМ и РО. Оператор формирует воздействие с помощью органа ручного регулирования (ОРР), в качестве которого используют включатели, переключатели, реостаты, релейно-контактные устройства, задвижки, заслонки и т.д.
Система на рисунке 3 работает следующим образом. Возмущения f1….fn изменяют состояние объекта регулирования и истинное значение регулируемой величины Хи изменяется. Оператор определяет состояние объекта по значению Хи, сравнивая это значение с заданным. В результате оператор определяет отклонение величины Хи от задания Хз. По величине и знаку отклонения оператор подает энергию или вещество (У) на объект с помощью органа ручного регулирования (ОРР) и силовых элементов ИМ, РО до момента равенства Хи=Хз. Тем самым оператор возвращает Хи к заданному значению с определённой точностью и нормализует состояние объекта регулирования. Такое регулирование происходит по наличию сигнала отклонения и его называют принципом по отклонению.
Представленная на рисунок 3 система управления является разомкнутой, потому что изменения регулируемой величины Хи не передаются на вход системы и не изменяют значение управляющего воздействия. Такая система дает обычно жесткое управление по определенной закономерности. Регулирование в разомкнутой системе осуществляется обычно с участием человека-оператора, который подает регулирующее воздействие с помощью ОРР по определенной программе, либо наблюдая за состоянием объекта регулирования, оператор устанавливает с помощью ОРР регулирующее воздействие, необходимое для обеспечения заданного режима работы объекта регулирования. При этом отдельные этапы управления могут быть автоматизированы.
Разомкнутые системы управления широко используют на практике для обеспечения пуска, остановки, либо последовательности работы различных силовых приводов механизмов. Особенно широкое применение они получили с внедрением в промышленность электрических приводов, которые используются для привода в движение поточно-транспортных систем, бетономешалок, дробилок, подъемных механизмов, насосов, обрабатывающих станков и т.д.
В качестве примера рассмотрим схему реостатного пуска электродвигателя мощного насоса системы водоснабжения. Пусковой ток в двигателях большой мощности бывает настолько велик, что может вызвать повреждение обмоток двигателя. Кроме того, большой пусковой ток создает броски тока в общей сети питания и это отражается на работе других потребителей электрической энергии. Поэтому для ограничения пускового тока в цепь якоря вводят добавочные сопротивления (R1 и R2 на рисунке 4 а и б).
В схеме ручного управления на рисунке 4а ключи К1, К2,К3 являются органами ручного регулирования, электромагнитные реле 1Р, 2Р образуют исполнительный механизм, контакты реле 1Р: 1, 2Р:1 образуют регулирующий орган, электродвигатель будет объектом регулирования. Параметром регулирования будет пусковой ток электродвигателя.
Оператор сначала замыкает ключ К1 и подключает обмотки двигателя (Д) к сети питания через сопротивления R1, R2. Потребляемый двигателем ток ограничивается сопротивлениями. Двигатель начинает вращение и по мере разгона в его якоре индуктируется все бóльшая противо э.д.с., тогда потребляемый ток уменьшается. Но чтобы при этом двигатель продолжал разгон до нужной скорости, необходимо поочерёдно отключать добавочные сопротивления R1 u R2.
Рисунок 4 – а) схема ручного реостатного пуска электродвигателя, б) схема автоматического реостатного пуска электродвигателя
Оператор отмечает уменьшение тока (определяет отклонение) по амперметру (А) до определенного минимума, замыкает второй ключ К2, который возбуждает реле 1Р, а оно своим контактом 1Р:1 шунтирует R1, ток через двигатель возрастает и разгон продолжается. По мере разгона вновь растет противо э.д.с., ток двигателя уменьшается и доходит до того же минимума, оператор замыкает ключ К3 и шунтирует добавочное сопротивление R2 контактом 2Р:1. Запуск двигателя произведен.
Если этот процесс пуска автоматизировать, то обеспечится более точная выдержка моментов шунтирования ограничительных сопротивлений. Соответственно не допускаются перегрузки двигателя по току, что сохраняет изоляцию обмоток и увеличивает срок службы.
На рисунке 4б показана схема автоматического пуска. Органами ручного регулирования (ОРР) здесь служат кнопки «Пуск», «Стоп». При нажатии кнопки «Пуск» включается реле 3Р, контакт 3Р:2 замыкается и двигатель начинает вращение. По мере разгона двигателя в его якоре индуктируется все большая противо э.д.с., что увеличивает напряжение на обмотке двигателя, от которого срабатывают реле 1Р и 2Р. Напряжение срабатывания реле 1Р меньше напряжения срабатывания реле 2Р. Поэтому сначала срабатывает реле 1Р и зашунтирует сопротивление R1 своим контактом 1Р:1. По мере роста скорости вращения срабатывает реле 2Р и своим контактом 2Р: 1 шунтирует сопротивление R2. Таким образом, для осуществления программы пуска оператору необходимо только нажать на кнопку «Пуск». Контакт 3Р:1 третьего реле при этом служит для блокировки кнопки «Пуск», что дает возможность возврата кнопки в исходное положение при ее отпускании. Нажатие кнопки «Стоп» останавливает двигатель обычным выключением.
Другой пример. Схема рисунок 4б может быть использована для программного управления поточно-транспортной системой из трех транспортеров, передающих груз последовательно друг на друга. Показанный двигатель Д в этой системе будет перемещать третий (конечный) транспортер. Реле 1Р будет включать двигатель второго транспортера, подающего груз на третий, а реле 2Р будет включать двигатель первого транспортера, принимающего поточный груз. Такая система обеспечит подачу груза уже на двигающиеся транспортеры, что исключает перегрузку двигателей по пусковому току.
1.3. Система автоматического регулирования (САР)
Автоматическое управление в общем случае должно обеспечить любые законы управляемого процесса и любые режимы работы объекта управления. Поэтому под автоматическим управлением понимается совокупность воздействий, выбранных из множества возможных и направленных на стабилизацию или улучшение функционирования объекта управления. Автоматическое управление охватывает такие вопросы, как адаптация или самонастройка системы управления в соответствии с изменением параметров объекта или внешних воздействий. Вопросы формирования оптимальных управляющих воздействий и выбора наилучших режимов работы объекта управления /2,3 /. Если автоматическое управление призвано обеспечить изменение или стабилизацию управляемой величины по заданному закону, то его называют автоматическим регулированием. Следовательно, автоматическое регулирование можно рассматривать как частную разновидность автоматического управления. Оно представляет собой совокупность методов и средств, обеспечивающих измерение состояния объекта управления или действующих на объект возмущений и последующее формирование закономерного воздействия на объект управления.
Автоматизацию производственного процесса, как правило, невозможно обеспечить на должном уровне без применения группы систем автоматического регулирования (САР). Так, например, только один агрегат строительно-дорожной машины – двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит: САР уровня топлива в камере карбюратора; САР опережения зажигания; САР напряжения генератора; САР температуры системы охлаждения ДВС и др.
Бурное развитие вычислительной техники, и в том числе микропроцессоров позволило создать САР на основе многофункциональных микроконтроллеров, которые широко внедряются в производство в настоящее время.
В простейшем случае САР представляет собой совокупность технических устройств, обеспечивающих автоматическое регулирование. Эта система выполняет обязанности рассмотренных выше систем и потому она базируется на структурных элементах этих систем.
Структурная блок-схема САР приведена на рисунке 5.Она состоит из двух основных частей: технологического объекта регулирования (управления) (ОР) и автоматического регулятора (АР).
Рисунок 5 – Структурная схема системы автоматического регулирования
В состав регулятора входят элементы: измерительный преобразователь (ИП), элемент сравнения (ЭС), задатчик (Зд), усилительно-преобразующее устройство (УПУ), исполнительный механизм (ИМ), регулирующий орган (РО). Каждый элемент в реальном регуляторе представлен тем или иным физическим устройством, определяемым особенностью объекта регулирования и технологией. Эти устройства могут быть электрическими, гидравлическими, пневматическими, электронными и т.д. В свою очередь техническая реализация элементов определяет свойства и особенности характеристик САР.
Физические величины (параметры технологического объекта регулирования), воспринимаемые измерительным преобразователем (ИП) называют входными величинами регулятора, а сам физический элемент ИП называют входом регулятора.
От автоматического регулятора с помощью регулирующего органа на объект поступает регулирующее воздействие (У). Его называют выходной величиной регулятора, а физический элемент РО называют выходом регулятора.
Работа САР на рисунке 5 состоит из совокупность действий, изложенных выше для системы управления на рисунке 3. Однако действия оператора здесь заменяет автоматический регулятор (АР).
Рассмотрим работу системы на рисунке 5. Предположим, что в исходном состоянии объект регулирования имел нормативные параметры, т.е. они соответствовали заданию. Тогда измерительный преобразователь, воспринимая истинное значение (Хи) параметра объекта, дает на элемент сравнения сигнал равный заданию (Хз). Равенство Хи = Хз дает разницу равную нулю и потому, далее по цепи к объекту, изменения регулирующего воздействия отсутствуют. САР сохраняет статическое состояние. Оно называется равновесным или балансным. Так продолжалось бы до бесконечности при отсутствии возмущений f1….fn. Однако на объект все время действуют возмущения и состояние объекта отклоняется от нормативного. Тогда величина Хи отклоняется от задания Хз и на выходе элемента сравнения появляется сигнал разности D Х=Хи-Хз. В соответствии с величиной и знаком этого сигнала формируется и подается на объект регулирования регулирующее воздействие (У) в виде потока энергии или вещества. Тогда САР переходит в динамическое состояние, начинается процесс регулирования. Параметры САР изменяются во времени и система движется от одного состояния к другому. Такой режим называется динамическим. Он продолжается до момента возвращения Хи к заданному значению с определённой точностью.
Формирование воздействия (У) заключается, во-первых, в его усилении блоком УПУ, во-вторых, созданием определенной закономерности изменения этого воздействия. Это обеспечивают блоки УПУ, ИМ, РО.
Упомянутая закономерность имеет принципиальное значение, т.к. она влияет на качество регулирования. Эта закономерность определяет название регулятора (пропорциональный, интегральный, дифференциальный).
Конкретно же в этом процессе регулирующий орган (РО) непосредственно подает энергию или вещество в объект (ОР), по определенной закономерности, а исполнительный механизм (ИМ) обеспечивает движение регулирующего органа.
Таким образом, в процессе работы САР выполняются три поэтапных действия.
Первое действие . Непрерывное восприятие истинного значения (Хи) регулируемой величины.
Второе действие . Сравнение полученного сигнала Хи с эталоном либо с заданием (Зд) и выделение сигнала отклонения.
Третье действие . По величине и знаку сигнала отклонения формирование соответствующего отклонению регулирующего воздействия (У) и подача этого воздействия на объект регулирования до момента компенсации отклонения с определённой точностью.
1.4 Принципы и законы регулирования
Принцип регулирования определяет способ формирования управляющего (регулирующего) воздействия в САР.
Из принципа действия системы рисунок 5 следует, что наличие отклонения вызывает процесс регулирования, который заканчивается после уменьшения отклонения до допустимой величины. То есть наличие отклонения обуславливает формирование управляющего воздействия, и поэтому такое регулирование называют принципом регулирования по отклонению.
Современные системы автоматического регулирования конструируются исходя из следующих трех принципов:
Регулирование по отклонению;
Регулирование по возмущению;
Комбинированное регулирование.
Каждый принцип имеет свои преимущества и недостатки, в значительной степени влияющие на качество регулирования. Потому использование того или иного принципа определяется конкретными условиями производственного процесса, которым управляет САР.
Проанализируем особенности каждого принципа регулирования.
При регулировании по отклонению регулирующее воздействие возникает вследствие отклонения регулируемой величины от заданного значения и для определения отклонения регулируемая величина передается на вход системы по цепи обратной связи. Отклонение возникает при любых возмущениях на объекте, поэтому регулирование по отклонению учитывает все возмущения и работает при любых возмущениях. В этом преимущество принципа регулирования по отклонению.
Но именно за счет этого же появляется существенный недостаток принципа регулирования по отклонению. Дело в том, что САР по отклонению сначала допускает отклонение, а затем компенсирует его. Тогда, при частом поступлении возмущений на объект регулирования, увеличивается суммарное время существования отклонения и соответственно нарушение технологии в объекте. Качество регулирования снижается.
Однако, обеспечение процесса регулирования при любых возмущениях придает универсальность принципу регулирования по отклонению и он широко применяется.
При регулировании по возмущению регулирующее воздействие возникает от появления самого возмущения на объекте регулирования и ещё до появления отклонения регулирующее воздействие компенсирует влияние поступающего в объект возмущения. Получается, что регулирующее воздействие регулятора компенсирует предполагаемое отклонение.
Для осуществления регулирования по возмущению на схеме (рисунок 5) нужно измерительный преобразователь (ИП) отсоединить от объекта и установить на место появления возмущения. Тогда регулятор измерит это возмущение и по его величине подаст в объект поток энергии или вещества (У), точно равный возмущению и направленный встречно возмущению. В результате состояние объекта сохраняется неизменным. Отклонение не возникает при любой частоте поступающего на объект возмущения, но только того для которого регулятор имеет датчик. Это повышает точность регулирования и выделяет достоинство данного принципа регулирования.
Однако, САР по возмущению не анализирует состояние объекта регулирования, так как она не имеет чувствительного элемента для этого. Процесс регулирования начинается лишь при появлении того возмущения, на измерение которого настроена САР (установкой соответствующего датчика). Следовательно, другие поступающие возмущения не будут отрабатываться системой. Они вызовут отклонение состояния объекта от нормативного и технология в объекте будет нарушена. В этом существенный недостаток принципа регулирования по возмущению. Тем более, что все возмущения учесть невозможно. Поэтому всегда существует вероятность отклонения параметров объекта регулирования действием неучтенных возмущений. В этой связи регулирование по возмущению применяют очень ограниченно и лишь в тех случаях, когда можно выделить одно наиболее мощное возмущение, а остальными можно пренебречь или изолировать их от объекта.
В системах комбинированного регулирования используются оба принципа – регулирование по отклонению и по возмущению. Такие САР объединяют в себе достоинства, упомянутых двух принципов регулирования. Но они сложнее по устройству.
Для получения комбинированного регулирования в схеме на рисунке 5 необходимо установить два измерительных преобразователя. Один преобразователь установить в объекте регулирования для измерения регулируемой величины Хи, другой измерительный преобразователь нужно установить на место появления возмущения. Тогда регулятор будет формировать регулирующее воздействие по двум сигналам и реализовывать оба принципа регулирования.
Принципы регулирования могут быть реализованы также в системе ручного управления человеком–оператором по схеме рисунок 3.
Проиллюстрируем двумя примерами управления уровнем жидкости в резервуаре по принципу возмущения (рисунок 6 а) и отклонения (рисунок 6 б).
Объектом управления здесь будет резервуар с жидкостью. Предположим, что это поплавковая камера карбюратора двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Рисунок 6
Основным возмущающим фактором объекта является потребление топлива (F2) из камеры двигателем. Регулируемой величиной будет уровень топлива в камере. Регулирующим воздействием будет приток (У= F 1) топлива в камеру.
При регулировании по возмущению (рисунок 6а) оператор не получает информацию об интересующем его уровне жидкости, но знает по прибору о расходе топлива F2 и имеет зависимость изменения уровня от расхода. Измеряя расход топлива F2, оператор вычисляет необходимое положение клапана по упомянутой зависимости и устанавливает соответствующее открытие клапана, подающего приток (У=F1) жидкости равный расходу (F2=f1). В итоге уровень топлива в поплавковой камере не отклоняется и остается на нормативном значении.
Данная система управления настроена только на одно возмущение – расход топлива F2. Это обеспечивается установкой системы контроля (расходомера) .
Если появляется другое возмущение, например, от вибраций открутилась сливная пробка поплавковой камеры, то появится дополнительно второе возмущение f2 - расход топлива F3. Об этом, втором расходе F3 оператор информации не имеет и регулирующее воздействие на объект не выдает. Уровень топлива в камере понизится, появится отклонение регулируемой величины, о
которой оператор также не имеет сведений, и технология в объекте останется нарушенной.
При регулировании по отклонению (рисунок 6б), оператор получает информацию об уровне топлива (Хи). Для этого установлена система контроля уровня (уровнемер). Наблюдая за изменением уровня, оператор определяет отклонение уровня DХ от нормы и в зависимости от величины и знака отклонения изменяет положение клапана, регулирующего приток (F1) топлива в камеру. В итоге уровень топлива в камере восстанавливается до заданного значения.
При комбинированном регулировании оператор получает информацию от двух приборов: от расходомера и уровнемера. Он изменяет положение клапана с учетом двух сигналов: расхода F2 и уровня Хи. Если на объект поступит возмущение f1=F2, то оператор перемещает клапан в соответствии с изменением этого возмущения. Если на объект поступят другие возмущения, то о них оператор ничего не знает, так как для этого он не имеет приборов. Тогда эти возмущения вызовут отклонение уровня Хи, и по величине отклонения уровня оператор изменяет положение клапана, восстанавливая уровень до нормы.
В системах автоматического регулирования управляющее воздействие (У) может изменяться по различным закономерностям, которые влияют на качество процесса регулирования. В этой связи важно знать эти закономерности. Для конкретного регулятора эта закономерность определенная. Ее определяют функциональной связью между входной и выходной величинами регулятора и называют законом регулирования.
Если обозначить отклонение регулируемой величины от заданного значения DХ, а изменение возмущающего воздействия через D f, то набор возможных законов регулирования для названных выше принципов регулирования, можно представить в общем виде так:
Определение того или иного закона регулирования – важнейшая задача, решаемая при разработке САР. Техническая реализация тех или иных законов регулирования ограничена свойствами технических элементов, входящих в состав регулятора. Ниже мы рассмотрим основные законы регулирования, разновидности САР и регуляторов.
1.5 Разновидности систем автоматического регулирования
Большое разнообразие современных САР не позволяет определить их однозначную классификацию, так как системы различных типов имеют свои функциональные признаки. Однако, объединение САР в классификационные группы необходимо для облегчения их изучения и уменьшения объема изучаемого материала.
Рассмотрим основные разновидности САР.
Системы регулирования разделяются на замкнутые и разомкнутые.
В замкнутых системах регулирующее воздействие формируется в непосредственной зависимости от регулируемой величины объекта регулирования.
Представленная на рисунок 5 система регулирования является замкнутой. Она включат в себя основную (прямую) цепь воздействий, идущую к выходу регулятора (к объекту) и цепь обратной связи от объекта ко входу регулятора (датчик), называемой главной обратной связью. Основную цепь воздействий выбирают и создают в соответствии с основным назначением системы. Эту цепь образуют элементы: УПУ, ИМ, РО. Она служит для закономерного воздействия на объект регулирования с целью приведения его параметров к заданному значению. Через цепь обратной связи дается информация от объекта регулирования на регулятор, т.е. обратно основной цепи. Обратную цепь образуют элементы: ИП,ЭС,Зд. Она дает информацию о результатах воздействия регулятора на объект. Через эту цепь регулятор контролирует и корректирует свое воздействие на объект. . За счет основной цепи и цепи обратной связи регулятор вырабатывает такие управляющие воздействия которые стремятся свести к минимуму рассогласование между Хи и Хз. В результате образуется замкнутая в кольцо цепь передачи воздействия от регулятора на объект, а затем снова на регулятор.
Замкнутые системы называют системами с обратной связью или системами регулирования по отклонению. Именно благодаря замкнутости цепи передачи воздействий возникают условия для автоматического поддержания регулируемой величины Хи на заданном уровне Хз.Кроме главной обратной связи, замыкающей всю систему в кольцо, существуют местные обратные связи, охватывающие лишь часть структурных эле-ментов. Они служат для коррекции характеристик САР.
Замкнутая цепь системы, в принципе, не имеет входа и выхода, но в целях исследования свойств системы ее разрывают и выделяют названные выше входы и выходы условно. Разрыв удобно осуществить путем отделения измерительного преобразователя от объекта регулирования.
В разомкнутых системах регулирующее воздействие задается без учета истинного значения регулируемой величины. Оно формируется на основе цели управления, характеристик объекта и известных возмущающих воздействий.
В разомкнутых системах управления отсутствует реакция системы на неконтролируемые возмущения, так как состояние объекта не учитывается.
Примером разомкнутой системы регулирования может быть система на рисунке 5, если измерительный преобразователь отсоединить от объекта регулирования и установить его на месте появления возмущающего воздействия. При этом возможна замена датчика на другой, приемлемый для предполагаемого возмущения. Тогда регулятор будет определять величину возмущения. По этой величине он будет подавать в объект регулирующее воздействие равное возмущению, но ответа с объекта к регулятору не придет, так как регулятор не будет иметь в объекте чувствительный элемент ИП. Мы его перенесли на место появления возмущения. Кольцо замкнутой цепи передачи воздействий отсутствует.
Здесь реализуется управление по известному возмущению.
По закономерности математического описания системы регулирования делятся на линейные и нелинейные .
Для математического описания зависимости (3) обычно используют дифференциальные уравнения. Система, которая описывается линейными уравнениями любого порядка, называется линейной. В линейных системах выполняется принцип суперпозиции, заключающийся в том, что реакция системы на сумму внешних воздействий равна сумме реакций на каждое из этих воздействий. В итоге упрощается анализ зависимости (3).
Если система содержит хотя бы один элемент, описываемый нелинейным уравнением, то она называется нелинейной. Нелинейные системы стараются не применять, их линеаризуют элементами коррекции.
По числу обратных связей САР подразделяются на одноконтурные и многоконтурные.
В теории автоматического регулирования замкнутая цепь передачи воздействий называется контуром регулирования. В системе на рисунке 5 такой контур один, поэтому эта система одноконтурная. Она работает по одному параметру регулирования и дает регулирующее воздействие по одному выходу. Существуют еще многоконтурные системы, в которых имеется более одной замкнутой цепи воздействия. Такие системы состоят из одного объекта регулирования и одного или нескольких автоматических регуляторов. Но главное – эта система подает в объект регулирующие воздействия по нескольким каналам, образующим замкнутые контуры. Для получения многоконтурной системы на рисунке 5 нужно к выходу УПУ подключить еще хотя бы один исполнительный механизм (ИМ) и регулирующий орган (РО), которые будут включены параллельно уже показанным.
Примером многоконтурной системы регулирования может служить центробежный регулятор оборотов двигателя внутреннего сгорания. При снижении оборотов ДВС регулятор открывает заслонку карбюратора, увеличивает подачу горючей смеси и препятствует снижению оборотов – это одно регулирующее воздействие по первому контуру регулирования. Одновременно с открытием заслонки тот же регулятор приводит в движение насос – ускоритель, который увеличивает подачу бензина в горючую смесь – это второе регулирующее воздействие по второму контуру.
Многоконтурные системы сложнее по устройству, но иногда они крайне необходимы, так как они обеспечивают одновременное регулирование нескольких параметров объекта регулирования и выдержку оптимального соотношения между этими параметрами. Эффективность регулирования повышается.
По закону изменения регулируемой величины можно выделить :
CАР стабилизирующие;
CАР программные;
CАР следящие.
В производственной практике наиболее часто автоматическое регулирование применяется для поддержания параметра объекта на определенном, заданном значении. Получается, что в этом случае САР сохраняет (стабилизирует) параметр объекта на заданном уровне. Такую систему называют стабилизирующей. Она отрабатывает любые возникающие отклонения регулируемой величины от заданного значения.
В такой системе задается фиксированное значение регулируемой величины с помощью задатчика (Зд), который дает возможность изменять величину параметра регулирования по технологическим условиям регулируемого процесса. В каждом автоматическом регуляторе предусматривается настройка задания оператором с помощью задатчика (Зд).
Примерами стабилизирующих систем в строительно-дорожных машинах (СДМ) могут служить: система регулирования уровня топлива в поплавковой камере карбюратора ДВС, система регулирования напряжения бортовой сети СДМ, система регулирования температуры ДВС (термостатом) и т.д.
Однако в практике существуют так же объекты, в которых необходимо изменять регулируемую величину по заранее заданному закону (программе), чаще всего в функции времени, реже – другого параметра системы. Такие системы применяются для управления процессами, характер протекания которых заранее известен. Они называются программными.
Для осуществления программного регулирования обычно используют переменную настройку регулятора, на которую непрерывно воздействуют так, чтобы регулируемая величина изменялась по заранее заданному закону. Для этого настройка регулятора снабжается специальным программным элементом, который автоматически изменяет задание (настройку) системы по желаемому закону.
Примером системы автоматического программного регулирования может служить схема регулирования температуры печи для термической обработки деталей СДМ (рисунок 7).
Требуемая закономерность изменения температуры печи во времени задается профилем диаграммы программного задатчика. Диаграмма перемещается слева направо часовым механизмом (1). По профилю диаграммы катится ролик, который перемещает тягу (2) в соответствии с профилем и поворачивает рычаг (3) с контактами К1, К2 вокруг его опоры. Средний подвижной контакт механически связан с указательной стрелкой термометра и перемещается вместе со стрелкой. Понижение температуры печи воспринимает термопара ТП и передает сигнал вторичному прибору термометра, стрелка которого движется влево замыкает контакт К1. Этот контакт включает исполнительный механизм Дв на открытие клапана подачи топлива в печь. Увеличение подачи топлива повыша-
Рисунок 7 – Система автоматического программного регулирования температуры печи
ет температуру, тогда стрелка термометра движется вправо и замыкает контакт К2, который включает исполнительный механизм Дв на закрытие. Подача топлива уменьшается и температура прекращает повышение. Во время этого процесса поворачивается контактный рычаг (3) вокруг своей точки опоры в соответствии с профилем диаграммы и тем самым обеспечивается момент коммутации контактов К1 и К2 в соответствии с диаграммой на разных делениях шкалы термометра. То есть изменяется заданное значение температуры, на которой произойдет управление подачей топлива.
Если изъять программный элемент (диаграмму) и зафиксировать рычаг (3) в определенном положении, то это положение определит одно значение температуры, относительно которого будет формироваться управляющее воздействие и дросселироваться подача топлива. С определенной точностью будет поддерживаться одно заданное значение температуры и система будет стабилизирующей.
В рассмотренном примере объектом регулирования будет печь. Все остальные элементы схемы будут программным регулятором:
Термопара ТП – измерительный преобразователь;
Вторичный прибор термометра – элемент сравнения;
Рычаг (3) с контактным устройством – преобразующий элемент УПУ он же задатчик;
Электродвигатель – исполнительный механизм;
Клапан – регулирующий орган;
Регулируемая величина – температура;
Регулирующее воздействие – подача топлива в печь.
Существуют так же системы автоматического программного регулирования, в которых заданная величина программного задатчика изменяется в зависимости от какой-либо другой величины. Получается, что система программного регулирования следит за изменением этой другой величины. Такие системы называют следящими.
По способности адаптации САР к условиям динамики процесса регулирования, т.е. способности автоматически изменять закон регулирования и параметры регулятора в зависимости от изменения параметров технологии регулируемого производственного процесса, системы делятся на адаптивные и обыкновенные .
В связи с высокой динамичностью и быстротечностью современного производства все большую популярность обретают адаптивные системы. Частным случаем адаптивных систем являются оптимальные системы, цель которых нахождение и поддержание оптимального режима работы объекта управления, а также формирование системы с переменной структурой.
Приведённые выше системы обыкновенные. Адаптивные системы значительно сложнее по устройству и разнообразнее по функциональным возможностям.
Адаптивные системы решают две основные задачи.
Первая задача заключается в поддержании экстремума регулируемой величины. Вторая задача заключается в поддержании оптимальной работы САР по условиям выполнения показателей качества регулирования.
Переход адаптивных систем на качественно новый уровень стал возможным благодаря широкому применению микропроцессорных средств в управлении технологическими процессами, а также благодаря разработке нормирующих преобразователей, позволяющих согласовывать работу одного регулятора с различными периферийными устройствами: датчиками различных величин, исполнительными устройствами разных энергий, порты ввода-вывода информаций и т.д.
Например, в промышленности широко применяется микропроцессорная система «Ремиконт », предназначенная для управления технологическими процессами, в которых приходится решать задачи управления включением и отключением отдельных каналов управления, автоматическим изменением параметров настройки с адаптацией системы регулирования к изменяющейся динамики технологического процесса.
В состав Ремиконт Р-110 входят три группы модулей: микропроцессорный вычислитель (МВ), модули связи с объектом, модули связи с оператором (рисунок 8).
В состав микропроцессорного вычислителя входят: процессор управления, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
Всё программное обеспечение контроллера «зашито» в ПЗУ и содержит:
Управляющую (мониторную) программу;
Программы различных алгоритмов управления;
Программы обслуживания оператора и внешних устройств;
Программу самодиагностики.
Модули связи (МС) с объектом включают: аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь, дискретно-цифровой преобразователь, цифро-импульсный преобразователь, гальванические разделители.
Входные сигналы поступают через устройство ввода в процессор управления (ПУ), которое вызывает из библиотеки соответствующий алгоритм управления и выдает через устройство вывода управляющие сигналы на объекты управления. Контроллер Р-110 позволяет управлять по нескольким каналам с выключением и включением отдельных каналов управления, а так же автоматическим изменением параметров настройки и адаптации системы управления к изменяющейся динамики производственного процесса.
Рисунок 8 – Структурная схема микропроцессорного контроллера
Ремиконт Р-110
Для ручной настройки контроллера и контроля работы системы управления имеется пульт оператора.
Управляющие сигналы на объект формируются блоком ПУ, выполняющим различные функции регулирования и обработки сигналов, поступающих от объекта. При этом он выполняет шесть разновидностей функциональных преобразований:
Реализация пропорционально-интегрально-дифференциального закона регулирования по аналоговым и импульсным входным сигналам;
Динамические и нелинейные преобразования;
Выполнение математических операций и выработки регулирующих воздействий.
На выходе контроллера могут формироваться аналоговый и два дискретных сигнала управления.
В настоящее время внедряются в производство более совершенные по функциональным возможностям микроконтроллеры Симатик, Адам. Они обладают высоким быстродействием, возможностью одновременного обслуживания порядка двухсот объектов, имеют мощные выходные сигналы, способные управлять исполнительными механизмами без дополнительной пусковой аппаратуры.
Различаются системы вентиляции и кондиционирования и знают, что они могут быть совмещены, они обычно не могут вспомнить ни одной компании в Петербурге, устанавливающей подобные системы. При установке систем вентиляции и кондиционирования в организациях наиболее важным фактором выбора подрядчика является качество работ профессионализм. И если профессионализм выявляется в ходе бесед клиента...
Направления и скорости ветра), а также небольшое располагаемое давление не позволяют решать с их помощью все сложные и многообразные задачи в области вентиляции. Классификация систем механической вентиляции. Механическая вентиляция. Естественная вентиляция, зависящая от температуры наружного воздуха и скорости ветра, не всегда может обеспечить нужный воздухообмен. Поэтому там, где необходимо...
Противоречие разрешить удалось, но также ясно, что пройдет еще немного времени, и придется снова говорить о необходимости повышения быстродействия подсистемы памяти. Итак, процесс развития компьютерных систем – это разрешение противоречий, с учетом спектра проблем и перечня противоречий, подлежащих разрешению. 2.8 Аппаратные и программные решения Как известно, многие задачи можно решить...
Заявке руководителя или диспетчера дистанции сигнализации и связи дает приказ машинисту локомотива на остановку поезда для доставки к месту работы и обратно работников дистанции сигнализации и связи, направляющихся для устранения отказа. Порядок производства работ, который должен выполняться при технической эксплуатации устройств и систем ЖАТ, в том числе при устранении их отказов, для соблюдения...
Регулирование - это такой процесс, в ходе которого одна величина, называемая регулируемой, постоянно измеряется, измеренное значение сравнивается с значением другой величины, называемой задающей, и в зависимости от результата этого сравнения осуществляется воздействие на регулируемую величину с целью уменьшения различия между ней и задающей величиной. Данный процесс воздействий осуществляется в замкнутом контуре, называемом контуром регулирования или системой.
Система автоматического регулирования состоит из объекта регулирования и автоматического регулятора. В процессе регулирования регулятор и объект регулирования взаимосвязаны и, следовательно, качество регулирования зависит как от свойств данного объекта, так и от свойств и характеристики регулятора и регулирующего органа. Системы автоматического регулировании бывают линейными и нелинейными в зависимости от того, какова математическая зависимость связанных между собой входных и выходных величин системы.
В теории автоматического регулирования рассматриваются три системы: одиночная, которая состоит из одного объекта регулировании и одною регулятора; несвязанного автоматического регулирования - это такая, в которой работа нескольких регуляторов не связана между собой, а они могут взаимодействовать лишь через общий объект регулирования; связанного автоматического регулирования - это такая, в которой на одном объекте работа нескольких регуляторов связана и согласована между собой.
Каждая система регулирования должна отвечать следующим требованиям: быть устойчивой при всех режимах работы данного объекта; отклонения регулируемой величины в процессе ликвидации нарушения должны быть возможно меньшими; время ликвидации возмущения должно быть минимальным; регулятор должен справляться с поставленной задачей и не выходить за пределы отклонений регулируемой величины; ошибка в поддержании регулируемой величины должна быть наименьшей.
Недооценка специфических свойств объекта, казалось бы, небольшого фактора может привести к неудовлетворительной работе всей системы. Поэтому при проектировании САР и выборе регулятора необходимо учитывать специфические особенности объекта регулирования. Вопрос выбора регулятора и его характеристики является основным вопросом в процессе проектирования систем автоматического регулирования.
Предположим, что в двигателе внутреннего сгорания, испытываемом на cтенде, ввиду возросшей нагрузки, увеличилась отдача тепла в воду. Это вызовет возмущение системы автоматического регулирования, так как тепловая энергия О увеличится по сравнению с его значением в момент равновесного состояния. Вследствие этого в системе охлаждения двигателя температура воды поднимается, и вместо заданного значения +80° С она будет, предположим, равна +85° С. Между заданным и фактическим значением регулируемой* величины возникнет рассогласование
Рассогласованность приводит в действие регулятор, при этом могут возникнуть несколько случаев регулирования в зависимости от свойств самого объекта и регулятора, а также правильности его настройки.
Апериодический процесс - процесс, характеризующийся тем, что после отклонения регулируемой величины от устойчивого значения она апериодически возвращается к новому значению.
Колебательный процесс с затухающей амплитудой - процесс, в котором регулируемая величина изменяется относительно заданного значения с затухающей амплитудой.
Указанные процессы регулирования являются устойчивыми, т.е. после полученного возмущения процесс приходит к равновесию.
Неустойчивые системы - это такие системы, в которых регулируемая величина после возмущения и работы регулятора. совершает гармонические колебания около заданного значения с постоянной амплитудой и частотой, или возникают колебания, расходящиеся со все увеличивающейся амплитудой. В ряде случаев неустойчивое регулирование с гармоническим характером изменения величины, но о малой амплитудой колебания допускается в практике, например, при двух позиционном регулировании температуры воды.
Существуют три способа определения устойчивости системы автоматического регулирования, по которым подбираются соответствующие регуляторы: графический, аналитический и практический,
Графический способ. По этому способу необходимо предварительно опытным путем найти значения следующих величин: коэффициента усиления объекта К0; постоянной времени объекта - Т0 ; постоянной времени регулятора - Тр; коэффициента усиления регулятора Кр; времени запаздывания объекта т.
Коэффициент усиления объекта Ко - есть отношение максимального отклонения величины сигмамах к величине возмущения лямбда0, вызвавшего это отклонение.
Коэффициент усиления объекта Ка есть величина, обратная коэффициенту самовыравнивания р, Самовыравниванием регулируемого процесса называется свойство регулируемого объекта после возникновения возмущения стремиться вновь прийти в состояние равновесия без внешнего вмешательства.
Коэффициент усиления регулятора Кp есть отношение выходной величины к величине отклонения дельта_сигма, поступившей на его вход.
Постоянная времени объекта Т0 - время, за которое при постоянной скорости изменения величины последняя придет к своему установившемуся значению после возмущения.
Ко и То - постоянные величины, характерные для данного объекта. Кр и Тр - регулируются при наладке регулятора. На основании указанных графиков можно сделать следующие выводы:
при заданном Кр увеличение инерционности регулятора переводит систему в область колебательного процесса;
чем больше время Тр, запаздывания регулятора по отношению к постоянной времени Т0, тем менее устойчив процесс.
Таким образом, для получения устойчивой системы автоматического регулирования необходимо применять безынерционные чувствительные элементы для уменьшения Тр или же эти элементы устанавливать дальше от места регулирующего органа, что увеличит Т0.
Аналитический способ заключается в решении уравнений системы автоматического регулирования. Эти расчеты очень сложны и являются специальным вопросом теории автоматического регулирования, а поэтому в настоящей работе не рассматриваются.
Практический способ заключается в получении кривой регистрации процесса регулирования на действующем объекте и изучение интенсивности затухания колебаний регулируемой величины. При изучении полученной кривой следует обратить внимание на интенсивность затухания колебаний. Если затухание происходит монотонно, без колебаний, то это значит, что система является апериодической.
Для определения устойчивости процесса введено понятие о степени затухания.
Степень затухания есть величина, характеризующая затухание процесса регулирования, равная отношению разности двух соседних амплитуд к первой из них.
Степень затухания апериодического процесса равна 100% так как второй полупериод колебаний отсутствует.
Практически степень затухания определяется посредством коэффициента затухания К, который определяется как отношение величины существующего затухания к апериодическому, который принимается равным единице. При К = 1 процесс апериодический; при К < 1 процесс колебательный затухающий; при К - 0 процесс колебательный незатухающий; при К > О процесс колебательный, расходящийся. Чем больше К, тем устойчивее процесс.
Нормальным процессом га отношении устойчивости считают, когда коэффициент затухания равен 0,5 при степени затухания - = 80 — 95%. При этом следует иметь в виду, что, несмотря на приближение К > 1, процесс становится устойчивее, но одновременно увеличиваются первые амплитуды регулирования, что ухудшает качество, а поэтому при наладке регулятора необходимо учитывать оба эти фактора.
При пси - 0,8, т, е, при К < 0,5, процесс становится колебательным.
Качество регулирования характеризуется затратой времени на затухание обнаруженного возмущения, отклонением величины от заданного значения, статической ошибкой (остаточным отклонением величины).
Нормативов на эти виды показателей нет. Оптимальные их значения определяют конкретно для каждого объекта опытным путем, при этом следует стремиться, чтобы сократить переходный период и уменьшить статическую ошибку.
Качество регулирования характеризуется не только устойчивостью системы, но и наименьшими значениями Омах и Оост. Таким образом, чем меньше величина перерегулирования и чем меньше переходный период или чем меньше отклонения величины сигмаф от заданной сигмаа тем выше качество регулирования.
Для некоторых систем автоматического регулирования статическая ошибка может достигать значительных значений, что свидетельствует о неправильности применения пропорциональных регуляторов, которые должны быть заменены регуляторами с другой характеристикой действия.
В отдельных случаях для определения качества регулирования на графике наносят идеальную кривую, т. е. такую, которую желательно иметь для данного процесса регулирования. Тогда сопоставлением кривой фактического измерения регулируемой величины е идеальной кривой определится качество регулирования.
Повысить качество регулирования можно повышением устойчивости регулирования за счет подбора скорости регулирования и чувствительности (астатический регулятор), степени неравномерности, применением так называемых дифференцирующих устройств, изменяющих скорость изменения величины; применением регуляторов о предварением.
Объекты регулирования. Основными свойствами объектов регулирования являются скорость, самовыравнивание, запаздывание, время разгона.
Емкостью регулируемого объекта называется запас накопленной энергии объекта или накопленного в объекте вещества.
Одинаковые по величине возмущения по-разному сказываются на изменении регулируемой величины. Две разные по емкости системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания при одинаковых возмущающих воздействиях (изменение нагрузки) будут иметь разные значения скорости изменения температуры. Следовательно, чем больше емкость объекта регулирования, тем медленнее при разных прочих условиях будет изменяться регулируемая величина, т. е. объекты с большей емкостью более устойчивы.
Самовыравнивание способствует устойчивости регулируемого объекта и облегчает работу регулятора.
Запаздывание процесса в объекте - это время изменения регулируемой величины, отсчитываемое с момента возмущающего действия. Запаздывание присуще не только регулируемому объекту, но также и регулятору, и зависит от инерционности чувствительного элемента, кинематики привода регулирующего органа и системы передачи командного
импульса.
Время разгона объекта - это время, в течение которого регулируемая величина изменяется от нуля до заданного значения при мгновенном 100%-ном возмущении со стороны регулирующего агента при условии, что скорость изменения величины в течение этого времени остается постоянной, а нагрузка отсутствует.
Чем больше емкость, тем будет больше время разгона. Регуляторы. Характеристика действия регулятора - это зависимость перемещения регулирующего органа от изменения регулируемой величины.
К регуляторам прерывного действия относятся. Регулятор импульсного действия - регулятор, имеющий импульсное звено, которое преобразует изменение регулирующей величины в последовательность импульсов, амплитуда, длительность или частота которых зависят от установленного режима работы звена.
Позиционный регулятор - регулятор, у которого воздействие на исполнительный механизм может иметь только определенное число значений, соответствующих числу позиций отклонения регулируемой величины от заданного значения, а его знак зависит от знака отклонения.
Двухпозиционный регулятор - регулятор, который при переходе регулируемой величины через заданное значение переводит регулирующий орган из одного крайнего положения в другое, типа «открыто-закрыто».
К регуляторам непрерывного действия относятся следующие.
Интегральный регулятор (И-регулятор), который характеризуется отсутствием определенной зависимости между изменением регулируемой величины и перемещением регулирующего органа.
Пропорциональный регулятор (П-регулятор), в котором отклонения регулируемой величины вызывают пропорциональные по величине и по ско рости перемещения регулирующего органа.
Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор)- регулятор, в котором совмещены свойства пропорционального (статического) и интегрального регуляторов, что обеспечивает поддержание регулируемой величины на заданном значении без остаточного отклонения.
Пропорционально-дифференциальный и пропорциональноинтегральный-дифференциальный регуляторы (ПД и ПИД-регулятор) - это пропорциональный или интегральный регулятор, у которого на перемещение регулирующего органа дополнительно воздействует скорость изменения величины.
Выбор регуляторов . Основным вопросом при выборе регуляторов является вопрос правильности определения требуемой характеристики действия регулятора применительно к динамическим свойствам объекта. При отсутствии регулятора возмущение вынуждает величину объекта изменяться по некоторой кривой, присущей свойствам данного объекта. Максимальное отклонение величины в этих условиях зависит от величины возмущения: сигматах = ро*лямбдао
Продолжительность отклонения определяется временем действия возмущения. Если включить данный объект в систему регулирования, то можно уменьшить абсолютную величину отклонения сигмамах и время, в течение которого отклонение будет продолжаться. Однако регуляторы с различными характеристиками действия дают разные результаты регулирования, что вызывает необходимость выбирать их соответственно свойствам объекта.
При правильно выбранном регуляторе и при соответствующей его настройке степень затухания процесса регулирования должна быть, примерно равна 0,75.
При отсутствии сведений о динамических свойствах проектируемого объекта регуляторы выбирают по аналогии с действующими объктами или же на основании предположительных соображений о свойствах данного объекта, учитывая при этом критерий по выбору регуляторов, пользуясь справочной литературой.
Для действующего объекта при наличии кривых разгона, либо частотных характеристик или для вновь проектируемого объекта, для которого кривые разгона сняты с действующего аналогичного объекта, регуляторы следует выбирать на основании расчетов, приводимых в специальных курсах теории автоматического регулирования.
Каждый пост заправки работает в следующей последовательности:
После подъезда автомобиля на пост заправщик, получив путевой лист, закладывает его в ячейку бензосчетчика и включает контрольный кран. При этом соединяется сеть воздухопровода от компрессора. Водитель устанавливает заправочный пистолет в горловину бака и нажимает на кнопку «пуск». Тем самым включается промежуточное реле К, з-контакт К включает электромагнит, который поворачивает трехходовой кран в положение, когда сжатый воздух от сети через кран поступает к пневмокамере. Этим самым открывается путь топливу через клапан к пистолету. При заполнении бака поплавок действует на запорный игольчатый клапан и при определенном уровне открывает его, выпуская воздух из камеры. При падении давления в пневмокамере выключатель выключает цепь питания реле К. Электромагнит поворачивает трехходовой кран, закрывая доступ воздуха от сети и выпуская воздух из пневмокамеры в атмосферу. Клапан закрывает путь топлива к пистолету.
Пистолет оборудуется обратным отсечным клапаном, который в момент падения давления топлива в камере резко закрывает проходное сечение пистолета и тем самым предотвращается подтекание топлива из пистолета. Для аварийной остановки предусматривается выключатель стоп и возможность ручного управления клапаном. В рабочем положении в пневмокамере устанавливается давление ~ 0,2 кгс/см 2 посредством редуктора давления. На выходе из редуктора устанавливается калиброванное отверстие. Сечение этого отверстия в 2,5 раза меньше проходного сечения игольчатого клапана пистолета. Этим обеспечивается падение давления в камере при открытии игольчатого клапана.
В данной схеме автоматический пистолет, предотвращающий перелив топлива, воздействует на пневмосистему схемы, которая прекращает подачу топлива. Следует отметить, что, учитывая безопасность работы, необходимо отдать предпочтение описанной пневмоэлектрической схеме.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
(ВлГУ)
Инновационный институт
Факультет механико-технологический
Кафедра Автоматизация технологических процессов
Составитель: Шлегель Александр Николаевич
Теория и системы управления
Курс лекций
по дисциплине «Теория и системы управления » для студентов ВлГУ,
обучающихся по направлению __222000 Инноватика ____________________________
(шифр направления, название)
Владимир – 2013 г.
| Оглавление | |
| Введение | |
| Лекционный модуль 1 | |
| (Основные понятия) | |
| Лекция 3. Характеристики и модели элементов и систем. Основные модели. Статические характеристики. Временные характеристики | |
| Лекция 4. Дифференциальные уравнения. Линеаризация. Преобразования Лапласа | |
| Лекция 5. Передаточные функции. Определение передаточной функции. Примеры типовых звеньев | |
| Лекция 6.Соединения звеньев. Передаточные функции АСР. Определение параметров передаточной функции объекта по переходной кривой | |
| Тесты для контроля знаний по лекционному модулю 1 | |
| Лекционный модуль 2 | |
| Лекция 7.Частотные характеристики. Определение частотных характеристик. Логарифмические частотные характеристики | |
| Лекция 8.Качество процессов управления. Критерии устойчивости (Понятие устойчивости линейных систем,критерий Стодола, критерий Гурвица) | |
| Лекция 9.Критерий Михайлова | |
| Лекция 10.Критерий Найквиста | |
| Тесты для контроля знаний по лекционному модулю 2 | |
| Лекционный модуль 3 | |
| Лекция 11.Важнейшие свойства систем управления и их общая классификация. Функциональная блок-схема САР | |
| Лекция 12.Свойства технологических объектов управления | |
| Лекция 13.Элементы техники автоматизации производственных процессов | |
| Лекция 14.Современные системы управления производством. Структура современной АСУТП | |
| Лекция 15.Аппаратная реализация систем управления (Средства измерения технологических параметров). Устройства связи с объектом | |
| Лекция 16.Промышленные манипуляторы и роботы | |
| Тесты для контроля знаний по лекционному модулю 3 | |
| Список литературы |
Введение
Курс лекций содержит материалы, посвященные основам теории автоматического управления, видам систем автоматического управления, прикладным аспектам автоматизации производственных процессов и элементам техники управления производственными процессами.
Автоматика (от греческого аитоцатоо - самодействующий) представляет собой научно-техническую отрасль, предметом которой являются методы и средства осуществления различных целенаправленных действий без непосредственного участия человека. В рассматриваемой области - металлургическом, в частности литейном производстве, такие действия чаще всего сводятся к управлению производственными объектами, под которыми подразумеваются оборудование для выполнения технологических процессов, а также ряд подъемно-транспортных и других машин и механизмов. При этом термин управление означает такое воздействие на технологический процесс, которое обеспечивает желаемое изменение его внутреннего состояния, а для подвижных объектов - перемещение по заданной траектории в пространстве и времени.
Автоматизация по существу является процессом превращения объектов, управляемых человеком, в те же объекты, управляемые с помощью автоматических устройств.
Технической базой автоматизации служит механизация производства, заменяющая физический труд человека. Однако если ограничиваются только механизацией, то за человеком сохраняются функции управления, представляющие продукт мыслительной деятельности рабочего, мастера, начальника смены (в общем случае -оператора). Автоматизация процессов управления в значительной степени освобождает персонал и от этих функций, обеспечивая при этом следующие преимущества:
1. Рост производительности труда;
2. Повышение качества продукции и её конкурентоспособности;
3. Сокращение затрат сырья, топлива, электроэнергии;
4. Повышение культуры производства;
5. Как правило, - сокращение численности производственного персонала.
Особую разновидность процессов управления представляет управление работой коллективов людей. В этой сфере человеческой деятельности также достигнуты значительные успехи, особенно на основе широкого применения современных средств вычислительной техники, о чём будет сказано ниже.
Как общий итог перехода к автоматизации, повсеместно отмечается повышение технико-экономической эффективности производства в целом.
Лекционный модуль 1
Лекция 1. Основные термины и определения ТАУ (Основные понятия)
Системы управления современными химико-технологическими процессами характеризуются большим количеством технологических параметров,число которых может достигать нескольких тысяч. Для поддержания требуемого режима работы, а в конечном итоге качества выпускаемой продукции, все эти величины необходимо поддерживать постоянными или изменять по
определенному закону. Данный процесс называется управлением. Решение задачи управления такими процессами вручную не всегда
представляется возможным вследствие ограниченности возможностей операторов по быстродействию, точности, безошибочности действий. Управление в таких случаях возможно только путем применения автоматических регуляторов и управляющих устройств (т.е. автоматических и автоматизированных систем управления). Под разработкой автоматических систем регулирования понимается, во-первых, выбор соответствующих регуляторов, датчиков и исполнительных устройств, во-вторых, расчет настроек для выбранного оборудования. Теория автоматического управления (ТАУ) представляет собой математический инструмент для решения задачи разработки такой системы.
Перед ТАУ ставятся основные задачи:
1) анализ существующих систем управления на предмет определения качества их функционирования;
2) синтез новых систем управления – разработка методов расчета настроек регуляторов;
3) решение диагностических задач.
Прежде чем знакомиться с методами ТАУ, необходимо определиться с основными понятиями, которые будут использованы в дальнейшем.
Физические величины, определяющие ход технологического процесса,называются параметрами технологического процесса. Например, параметрами технологического процесса могут быть: температура, давление, расход, напряжение и т.д.
Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной или регулируемым параметром.
Значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется мгновенным значением.
Значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени на основании данных некоторого измерительного прибора, называется ее измеренным значением .
Пример 1. Схема ручного регулирования температуры сушильного шкафа (рисунок 1.1).
Требуется вручную поддерживать температуру в сушильном шкафу на уровне Тзад.
Человек-оператор в зависимости от показаний ртутного термометра РТ включает или выключает нагревательный элемент Н с помощью рубильника Р.
Рисунок 1.1
На основе данного примера можно ввести определения:
Объект управления (объект регулирования) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.
Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы объекта управления (ОУ).
Регулирование – частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.
Автоматическое управление – управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.
Входное воздействие (Х) – воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.
Выходное воздействие (Y) – воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства.
Внешнее воздействие – воздействие внешней среды на систему.
Структурная схема системы регулирования к примеру 1 изображена на рисунке 1.2
Пример 2. Схема автоматического регулирования температуры сушильного шкафа.
В схеме используется ртутный термометр с контактами РТК. При повышении температуры до заданной контакты замыкаются столбиком ртути,катушка релейного элемента РЭ возбуждается и цепь нагревателя Н размыкается контактом РЭ. При понижении температуры контакты термометра размыкаются, реле обесточивается, возобновляя подачу энергии на объект (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3
Пример 3. Схема АСР температуры с измерительным мостом.
Для измерения температуры в объекте управления (шкафу) используется термометр сопротивления, принцип действия которого заключается в том,что при изменении температуры его электрическое сопротивление также изменяется (при нагреве – увеличивается, при охлаждении – уменьшается), что позволяет по изменению сопротивления судить об изменении температуры.
Основу регулирующей части составляет электронный мост. Электронным мостом называется соединение из нескольких (как правило, четырех, в рассматриваемом ниже примере – из шести) сопротивлений (см. рисунок 1.4), имеющее две диагонали: питающую (диагональ АВ), на которую подается питающее напряжение Uпит, и измерительную (диагональ CD), с которой снимается измеренное напряжение Uизм. Основное свойство моста – способность находиться в одном из двух состояний: уравновешенном (когда Uизм = 0) и неуравновешенном (Uизм ≠ 0).
Уравновешенность моста определяется сопротивлениями Ri и описывается условием:
R1 *R3 = R2 *R4 .
На схеме АСР температуры, изображенной на рисунке 1.5, электронный мост обозначен как М и включает термометр сопротивления Rт и переменные сопротивления R и Rзад.
При температуре объекта, равной заданной, измерительный мост М (рис. 1.5) уравновешен, на вход электронного усилителя ЭУ сигнал не поступает и система находится в равновесии. При отклонении температуры изменяется сопротивление терморезистора R Т и равновесие моста нарушается. На входе ЭУ появляется напряжение, фаза которого зависит от знака отклонения температуры от заданной. Напряжение, усиленное в ЭУ, поступает на двигатель Д, который перемещает движок автотрансформатора АТ в соответствующую сторону. При достижении температуры, равной заданной, мост сбалансируется и двигатель отключится.
Величина заданного значения температуры устанавливается с помощью резистора Rзад.
Описанные примеры иллюстрируют общую для всех систем управления структуру. Любая система управления (ручного, автоматического или автоматизированного) в обязательном порядке содержит четыре элемента (или четыре множества элементов), объединенных в замкнутый контур передачи воздействий (рис. 1.6):
Объект управления,
Управляющая часть,
Датчик (датчики),
Исполнительное устройство (устройства).
Датчик (Д) – устройство или комплекс устройств, преобразующих измеряемый параметр технологического процесса в вид, удобный для дальнейшей передачи и использования. Как правило, технологические параметры не удобно или невозможно контролировать (наблюдать, выводить на пульт оператора и т.д.) напрямую без дополнительных технических средств. Например, температуру нельзя наблюдать визуально, контроль температуры тела возможен только в сравнении со степенью нагретости какого-либо другого тела. Чтобы контроль параметров стал возможен, используют разного рода датчики, которые преобразуют измеряемые параметры в показания на шкале прибора(показывающие датчики, например, ртутный термометр), в разность потенциалов (например, термопары) в сопротивление (термометры сопротивления), в давление (пневматические датчики).
Датчик измеряет технологический параметр, преобразует его в другой вид энергии и передает управляющей части.
Управляющая часть реализует алгоритмы управления. В автоматических системах управления этой частью является регулятор, для систем ручного управления – человек-оператор. В управляющей части генерируются управляющие воздействия на объект управления (например, решения на включение/выключение рубильника, изменения напряжения и т.д.). Для реализации управляющих воздействий служат исполнительные устройства(ИУ).
Работа датчиков и исполнительных устройств в отличие от управляющей части заключается лишь в преобразовании энергии, изменения информации в них практически не происходит (если не считать погрешности). Поэтому при анализе и синтезе систем управления чаще эти части СУ опускают, считая их коэффициенты усиления равными «1». Наиболее часто в ТАУ при расчетах пользуются общей схемой одноконтурной АСР (см. рисунок 1.7).
На схеме приняты обозначения: x - задающее воздействие (задание), e = х - у - ошибка регулирования, u - управляющее воздействие, f - возмущающее воздействие (возмущение).
Элемент называется сумматором. Его действие заключается в суммировании поступающих к нему сигналов. Если какой-либо сектор сумматора зачернен, то сигнал, поступающий в данный сектор, берется сознаком «минус». Поэтому в данной схеме ошибка е определяется как разность между х и у.
Определения:
Задающее воздействие (то же, что входное воздействие х) - воздействие на систему, определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины).
Управляющее воздействие (u) - воздействие управляющего устройства на объект управления.
Управляющее устройство (УУ) - устройство, осуществляющее воздействие
на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.
Возмущающее воздействие (f) - воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
Ошибка управления (е = х - у) - разность между предписанным (х ) и действительным (у ) значениями регулируемой величины.
Регулятор (Р) - комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону.
Автоматическая система регулирования (АСР) - автоматическая 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 АСР, направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется обратной связью (ОС). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.
Принцип функционирования одноконтурной АСР: регулятор производит постоянное сравнение текущего значения регулируемой величины у с заданным значениемх , определяя ошибку е = х – у . Если текущее значение равно заданному, то регулятор не изменяет управляющее воздействие (АСР работает в установившемся режиме), в противном случае управляющее воздействие на объект u изменяется в соответствии с величиной ошибки. Чем больше ошибка регулирования (и дольше она наблюдается), тем больше изменение управляющего воздействия. Данная схема справедлива как для автоматического, так и для ручного управления. При ручном регулировании человек-оператор, наблюдая за показаниями датчиков, мысленно сравнивает их с заданными значениями, т.е. определяет величину ошибки регулирования и, исходя из этого, решает, какие действия предпринимать.
Лекция 2. Классификация автоматических систем регулирования (АСР). Классификация элементов систем
Классификация (АСР):
1. По назначению (по характеру изменения задания):
- стабилизирующая АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении (x = const);
- программная АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией (x изменяется программно, например, как функция времени);
- следящая АСР - система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в зависимости от заранее неизвестной величины на входе АСР (x изменяется произвольно).
2. По количеству контуров:
- одноконтурные - содержащие один контур регулирования (одну обратную связь по регулируемому параметру),
- многоконтурные - содержащие несколько контуров регулирования (несколько обратных связей, например, по нескольким параметрам, по скорости/ускорению изменения параметра и т.д.).
3. По числу регулируемых величин:
- одномерные - системы с 1 регулируемой величиной,
-многомерные - системы с несколькими регулируемыми величинами.
Многомерные АСР 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.
4. По функциональному назначению:
АСР 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.
Примечание - Если на вход объекта подается несколько входных воздействий, то реакция объекта на сумму входных воздействий равна сумме реакций объекта на каждое воздействие в отдельности:
Ʌ(х1+ х2) = Ʌ(х1) + Ʌ(х2),
где Ʌ - линейная функция (интегрирование, дифференцирование и т.д.).
Данный принцип называется принципом суперпозиции (наложения).
7. По виду используемой для регулирования энергии:
· пневматические,
