Бақылау сұрақтары:
1. Неліктен автоматизациялау ғылыми - техникалық ҥдеріс саласында маңызды
рӛл атқарады ?
2. АБЖ қандай белгілермен классификацияланады?
3. Буындардың қандай тҥрлері болады?
4. АБЖ – ның қандай қҧрылымдары бар (сҧлбалары)?
x
y
y
x
1
x
2
d
dt
x
y
НЕ
x
y
a)
y = k x
в)
y = x
1
-x
2
г)
y = x
б)
y =
dx
dt
12
2 Автоматты басқарудың теориялық негіздерінің негізгі тҥсініктері мен
анықтамалары
2.1 Автоматты басқару теориясының негізгі есептері
Мақсаты: Басқару объекті ҧғымының маңызын, оның қоршаған ортамен
байланысын, басқару объектісіне әсер ететін шамаларды анықтау, басқарудың
автоматтандырылған жҥйесін автоматтық басқару жҥйесінен ажырата білу;
жҧмыс атқару алгоритмі ҧғымын және автоматтық басқарудың есептерін
тҥсіну; басқару заңы тҥсінігін және АБЖ-дің әрекет ету принциптерін ҧғу.
Жоспары:
2.1.1 Жҧмыс операциялары және басқару операциялары. Басқару
объектілері және олардың қасиеттері
2.1.2 Басқару жҥйелерінің классификациясы
2.1.3 Автоматтық басқарудың есептері. (жҧмыс атқару алгоритмдері)
2.1.4 Басқару заңдары. АБЖ-дің басқару принциптері
2.1.1 Жұмыс операциялары және басқару операциялары. Басқару
объектілері және олардың қасиеттері
Кез келген технологиялық процесті орындау ҥшін және талап етілген
қасиеттері мен сапасы бар дайын ӛнім алу ҥшін 2 тҥрлі операция орындау
қажет: жұмыс операциялары және басқару операциялары. Кез келген
технологиялық процестің мақсаты – берілген қасиеттері бар дайын ӛнімді алу.
Жұмыс операциялары – технологиялық процесті табиғат заңдарына сәйкес
орындау ҥшін қажетті әрекеттер. Жҧмыс операциялардағы адам еңбегін
машиналар мен механизмдер еңбегімен ауыстыру механизация деп аталады.
Басқару операциялар – жҧмыстың басталу, аяқталу операциялары,
режимнен режимге ауысу операциялары, қажетті шикізат және энергетикалық
қорларды бӛліп беру және т.б. Басқару операцияларындағы адам еңбегін
машиналар мен механизмдер еңбегімен ауыстыру автоматизация деп аталады.
Басқару операцияларын орындайтын машиналар немесе механизмдер
автоматтар деп аталады.
Басқару объектісі (БО) – технологиялық процесті орындайтын техникалық
қҧралдар, еңбек қҧралдары және т.б. жиынтығы. Қоршаған орта бірқатар
технологиялық процестердің жҥруіне әсерін тигізеді, бҧл жағдайда осы әсерлерді
басқару қоршаған орта басқару объектісінің қҧрамына кірмейді. Барлық басқару
объектілері бірқатар қасиеттерге ие болады.
Жүктеме – тапсырылған технологиялық процесті жҥргізу ҥшін объектіде
жҧмсалатын энергия немесе зат қоры. Ол орнатылған кҥрделі объектінің
ӛнімділігін немесе ӛткізу қасиетін сипаттайды. Жҥктеме неғҧрлым баяу ӛзгерсе,
және оның ӛзгеру диапазоны неғҧрлым аз болса, объектіні басқару соғҧрлым оңай
болады.
Сыйымдылық – объектінің жинап сақтаған заты немесе энергия қоры.
Объектінің сыйымдылығы оның мӛлшеріне байланысты.
13
Сыйымдылық коэффициенті – реттелетін шаманы бір ӛлшем бірлігіне
ӛзгерту ҥшін, объектіге берілетін немесе одан алынатын энергия немесе заттың
мӛлшері. Ол келесі тҥрде анықталады:
x
c
K
c
немесе
x
c
K
c
, (1)
мҧндағы с (Δ с) – объектінің сыйымдылығы (сыйымдылығының ӛсімшесі);
х (Δ х) – реттелетін шаманың мәні (ӛсімшесі).
К
с
– ге кері шаманы объектінің ҧйытқыға сезгіштігі деп атайды.
К
с
неғҧрлым ҥлкен болса, объектінің сыйымдылығы соғҧрлым ҥлкен
болады және реттелетін шама соғҧрлым баяу ӛзгереді, яғни объектінің ҧйытқы
әсерлерге сезгіштігі соғҧрлым тӛмен болады.
Сыйымдылықсыз объект – сыйымдылығы ӛте аз объект.
Бірсыйымдылықты объект – деп беру және тҧтыну арасындағы тепе –
теңдік бҧзылғанда реттелетін шаманың сыйымдылығы барлық нҥктелерде бір
уақытта және бірдей ӛзгеретін обьектіні атаймыз.
Кӛпсыйымдылықты объект – қҧрамында термиялық, екі немесе бірнеше
сыйымдылығы бар объект.
Ӛздігінен түзетілу – объектіні сыртқы ҧйытқылар кезінде жаңа
орнатылған режимге ӛздігінен кіру қабілеті. Ӛздігінен тҥзелуі бар объектіде
энергияның берілуі және жҧмсалуы арасындағы сәйкессіздік 0-ге ҧмтылады, ал
реттелетін шама – жаңа орнатылған мәнге. Ӛздігінен тҥзілу қабілетіне ие
болмайтын объектіні астатиқалық деп атайды. Ӛздігінен тҥзетулерсіз
объектілерді реттеу қиынға соғады, ал кейбір жағдайларда мҥмкін емес.
Объектінің ӛздігінен тҥзетілуге қабілеті ӛздігінен түзетілу дәрежесімен
сипатталады:
0
dx
dg
, (2)
мҧндағы g – заттың (энергияның) берілуі арасындағы қатынас айырымы.
Инерттілік – кедергілердің болуы нәтижесінде энергияны жинауға және
жҧмсауға қабілеті нашар. Инертті объектіде реттелетін шама бір мезетте
ӛзгермейді. Реттелетін шаманың артта қалуы кешігу деп аталады.
п
Толық кешігу уақыты
т
транспортық және
и
инерттік кешігу
уақыттардың қосындысынан тҧрады.
Транспортық кешігу – реттеу әсерінің жҥргізілуіне қарамастан, реттелетін
шаманың ӛзгермеген уақыты.
Сыйымдылықтық (инертті) кешігу объектінің сыйымдылықтарының
термиялық, гидравликалық және басқа кедергілермен анықталады және реттелу
сапасына кері әсерін тигізеді. Кӛп сыйымдылықты объектілер транспортық
және сыйымдылықты кешігулерге ие болады, ал бірсыйымдылықты – тек қана
транспорттық кешігуге.
14
4 сурет. Ҥскеру қисығы
Үскеру уақыты – реттеуші әсердің жҥз пайыздық лездік ӛзгеруі кезінде
және оның әрекеті тҧрақты болған кезде реттелетін шама нӛлден берілген мәнге
дейін ӛзгеретін уақыт. 4 суретте
)
(t
f
x
объектінің ҥскеру қисығы келтірілген,
мҧндағы х – реттеуші әсер,
t
- ӛтпелі процестің ҧзақтығымен анықталатын ҥскеру уақыты.
Объектінің сыйымдылығы ӛскен сайын, ҥскеру уақыты артады.
Объектінің уақыт тұрақтылығы Т- бҧл ӛздігінен тҥзелу болмағандағы
объекттің ҥскеру уақыты. Ҥскеру уақыты
Т
t
, (3)
мҧндағы - қарастырылған режимдегі жҥктеменің максималды жҥктемеге
қатынасына тең болатын жҥктеме коэффициенті.
Т уақыт тҧрақтылығы келесі қатынас бойынша γ сезгіштікпен және ӛздігінен
тҥзетілу дәрежесімен байланысады:
1
Т
(4)
Басқаруға мҥмкіндігі болу ҥшін басқару объектісінде бір немесе бірнеше
басқару органдары (реттеуші органдар) бар. Олардың кӛмегімен басқару
объектісіне зат немесе энергияның берілуін алдын ала орнатылған жҧмыс
регламентіне сәйкес ӛзгертуге болады. Басқару объектісінің кҥйі кӛптеген
кӛрсеткіштермен немесе параметрлермен сипатталады. Негізгі кӛрсеткіш – ол
басқарылатын шама, осы шама ҥшін басқару мақсаты анықталады. Физикалық
табиғатына тәуелсіз, бҧл шама y(t) деп белгіленеді. Автоматтық басқарудың
15
негізгі мақсаты шығу шамасы тапсыратын әсердің (кірмелік шаманың)
арасындағы теңдікті қамтамасыз ету болып табылады. Кірмелік шама x(t) деп
белгіленеді. Жҧмыс процесінде басқару объектісіне алуан тҥрлі сыртқы және
ішкі факторлар әсер етеді – ұйтқу әсерлері (ұйтқулар), оларды f(t) деп
белгілейміз. Осы ҧйтқулар реттелетін шаманы ӛзгеруіне және шықпалық
шаманы берілген мәнінен ауытқуына әкеп соғады. Осы ҧйтқуды келесі тҥрде
белгілейміз:
y
x
0
, (5)
мҧндағы x
0
– шығу шамасының берілген мәні;
y – шығу шамасының әрекеттік мәні.
Ескеретін жағдай, ҧйтқу әсерінің шамасына байланысты, ε нӛлден кіші
болуы да, нӛлден ҥлкен болуы да мҥмкін. Басқарушы әсерлер (оларды u(t) деп
белгілейміз) шықпалық шаманы берілген мәнге қайтаруға ҧмтылады, олардың
шамасы мен таңбасы шықпалық шаманың ауытқуының шамасы мен таңбасына
байланысты болады.
2.1.2 Басқару жҥйелерінің классификациясы
Басқару объектісі мен басқару операцияларын орындайтын автоматтық
қҧрылғылардың жиынтығы басқару жүйесі деп аталады. Басқару жҥйесін қҧру
ҥшін ең алдымен технологиялық процесті механизациялау қажет. Басқару
жҥйелерін: басқарудың автоматтандырылған жүйелері (БАЖ) және
автоматтық басқару жүйелері (АБЖ) деп бӛлуге болады.
Басқарудың
автоматтандырылған
жүйелері
деп-басқару
операцияларының бір бӛлігін автоматтық қҧрылғылар, ал басқа бӛлігін (әдетте
аса жауапты басқару операциялары) адам орындайтын жҥйелерді айтамыз.
Автоматтық басқару жүйелері басқару операцияларының барлығын
автоматтық қҧрылғылар орындайтын басқару жҥйелерін айтамыз.
Бірӛлшемді (бір ғана «кіріс-шығыс»басқару арнасы бар жүйелер) деп
ішінде бір кірмелік және бір шығу шамалары белгіленетін басқару жҥйелерін
атайды. Кӛпӛлшемді деп бірнеше кірмелік және шығу шамалары бар басқару
жҥйелерін атайды.
АБЖ сондай-ақ, жҥйелердің арналуын және қҧралымын, қолданатын
энергия тҥрін, қолданатын басқару және жҧмыс атқару алгоритмдерін және т.б.
сипаттайтын
басқа
да
принциптер
және
кӛрсеткіштер
бойынша
топтастырылады, мысалы:
- тапсырушы әсердің уақыт ішінде ӛзгеру сипатына байланысты:
туралаушы, бағдарламалық, қадағалаушы;
- әсер ету тізбегінің конфигурациясына байланысты: әсерлерінің
тҧйықталмаған тізбегімен (тҧйықталмаған жҥйе), әсерлерінің тҧйықталған
тізбегімен (тҧйықталған жҥйе), әсерлерінің аралас тізбегімен (аралас жҥйе);
- басқару әсерін ӛндіріп шығару әдісіне байланысты: ізденіссіз, ізденісті;
- жҥйеде әрекет ететін сигналдар тҥріне байланысты: ҥздіксіз, дискретті;
16
- орнатылған режимде басқарылатын шаманың ҧйтқу әсерінің шамасынан
тәуелділігінің дәрежесіне байланысты: статикалық, астатикалық;
- АБЖ-нің элементтерін ӛрнектейтін диффиренциалдық теңдеулердің тҥрі
бойынша: сызықты, сызықсыз;
- басқару әсерін ӛндіріп шығаратын энергия кӛзінің тҥріне байланысты:
тура әрекетті, тура әрекетсіз.
2.1.3 Автоматтық басқарудың есептері (жұмыс атқару алгоритмдері)
Технологиялық ӛндірісте алуан тҥрлі функцияларды орындау ҥшін
арналған кӛп санды машиналар, механизмдер және қондырғылар қолданылады.
Осы шамаларды басқару белгілі мақсаттарға жету ҥшін бағытталған.
Объектінің қалыпты жҧмыс атқаруына сәйкес болатын шықпалық шаманың
ӛзгеру тізбегін анықтайтын ережелер, шарттар немесе математикалық
тәуелділіктер жиынтығы жұмыс атқару алгоритмі (ЖА) деп аталады. Жҧмыс
атқару алгоритмі шындық басқару мақсатын кескіндейді, ҧсынады және
объектің жҧмыс атқаруы процесінде шықпалық шамасының ӛзгеруінің
техникалық, экономикалық және басқа талаптарының негізінде анықталады.
Негізгі болып келесі жҧмыс атқару алгоритмдер есептелінеді:
1) тұрақтандыру алгоритмі – бҧл объектінің басқарылатын шаманың
мәнін ӛзгеріссіз сақтап тҧратын жҧмыс атқару алгоритмі:
const
t
y )
(
. белгісі
басқарылатын шама берілген деңгейде кейбір қатемен сақталатының кӛрсетеді.
Тҧрақтандыру жҥйелері ӛндірістік автоматикада кең таралған. Оларды
технологиялық объектілердің кҥйін анықтайтын әр тҥрлі физикалық
шамаларды тҧрақтандыру ҥшін қолданады.
2) бағдарламалық басқару – объектінің басқарылатын шамасы алдын ала
тапсырылмаған бағдарлама бойынша ӛзгеретін жҧмыс атқару алгоритмі. Осы
жҧмыс атқару алгоритмін жҥзеге асыратын жҥйелер бағдарламалық деп
аталады. Бағдарлама уақыт ішінде (уақыттық бағдарламалық басқару) және
кеңістікте (кеңістіктік бағдарламалық басқару) тапсырылуы мҥмкін.
Бағдарламалық басқару жҥйелерінің басты мақсаты – бағдарламаны қажетті
нақтылықпен қайта ӛндіру.
3) қадағалау жүйелері – шығу шамасы кіру шамасының ӛзгеруін
қайталайтын және бҧл жерде соңғысының ӛзгеру заңы алдын ала белгісіз
болатын жҧмыс атқару алгориитмі. Қадағалау жҥйелерінің негізгі мақсаты –
ҧйтқылардың бар болғандағы кіру шамасын нақты қайта ӛндіру боп табылады.
4) экстремум ізденісінің алгоритмі – объект кҥйінің және ҧйтқының
ӛзгерулері бойынша шықпалық шамасының айнымалысын іздеп табу және
қалпында ҧстауды ҧйғарады.
5) тиімді басқару алгоритмі – объектінің кіру, шығу шамалары және оның
айнымалы кҥйлері шектеулі болғанда, ӛтпелі режимде басқару объектісі
жҧмысының ең жақсы шарттарына жетуді ҧйғарады.
6) адаптация алгоритмі – объектінің шығу шамасының ӛзгеруі кезінде
объект жҧмысының берілген сапасы сақталады, және бҧл жерде жҥйе ӛзінің
параметрлерін және қҧрылымын ӛзгертуі мҥмкін.
17
7) басқару алгоритмі – қалай басқару объектісінің жҧмыс атқару
алгоритіміне, солай динамикалық қасиеттеріне байланысты болады. Бҧл
байланыс алуан тҥрлі математикалық тәуелділіктермен ҧсынылуы мҥмкін:
)
(
),
(
)
(
t
f
t
y
A
t
u
, (6)
мҥндағы А – тәуелділік тҥрін анықтайтын оператор.
2.1.4 Басқару заңдары. АБЖ-дің басқару принциптері
Басқару объектісінің басқару әсері мен шығу шамасы арасындағы
байланысты орнататын математикалық тәуелділік басқару заңы деп аталады.
Басқару заңдары: позициялық (релелік) және үздіксіз деп бӛлінеді.
Позициялық (релелік) заң – басқарылатын шама берілген шеткі мәнге
жеткенде ғана басқару әсері пайда болатын басқару заңы. Және бҧл жерде
шығу шамасының қай шеткі мәнге жеткеніне байланысты басқару әсері белгілі
бекітілген мәнді (позицияны) қабылдайды. Позициялық заңдарда реттелетін
параметрдің белгілі мәндерінде реттеуші әсер екі немесе ҥш бекітілген
мәндерді қабылдайды және сәйкесінше екіпозициялық және үшпозициялық деп
аталады. Екіпозициялық заңдарда объектінің сыйымдылығы неғҧрлым кӛп
болса, реттелу соғҧрлым жақсы жҥргізіледі. Екіпозициялық реттелу
объектісінің кемшілігіне реттелудің жоғары нақтылығы және ҥлкен қуаты, яғни
артық қуат талап етілгенде реттеуді жылдам жҥргізу мҥмкін болмауы жатады.
Үшпозициялық заңдарда реттеуші органның аралық кҥйі бар. Бҧл кҥйде
объекттің жҥктемесі қалпында болғанда және реттелетін шаманың тапсырылған
мәнінде объекттің тҧтынуына сәйкес болатын мӛлшерде объектіге энергия
немесе заттың берілуі жҥзеге асырылады. Ҥшпозициялық заң екіпозициялық
заңға қарағанда аса сапалы реттеуді жҥзеге асырады.
Үздіксіз басқару заңдарында реттелетін шама берілген мәннен ауытқыған
кезде реттеу сигналы орындаушы мҥшеге ҥздіксіз беріледі. Ҥздіксіз әсерлі
реттеуіштерде басқару әсері шығу шамасының тапсырылған әсерден
ауытқуынан, оның интегралынан және уақыт ішінде бірінші туындысына
сызықты тәуелді болады. Келесі ҥздіксіз басқару заңдарын ажыратады:
1) пропорционалдық заң (П-заң) – басқару әсерінің шамасы шықпалық
шамасының берілген мәннен ауытқуына пропорционалды:
p
k
u
(7)
мҧндағы k
p
– беріліс коэффициенті;
ε = х
0
- у – шығу шамасының берілген мәннен ауытқуы
2) интегралдық заң (И-заң) - басқару әсерінің шамасы шығу шамасының
берілген мәнінен ауытқуының интегралына пропорционалды:
18
t
u
p
dt
T
k
u
0
(8)
мҧндағы Т
и
– интегралдық тҧрақтысы және уақыттық ӛлшемге ие болады.
3) дифференциалдық заң (Д-заң) - басқару әсерінің шамасы шығу
шамасының берілген мәнінен ауытқуының уақыт ішінде бірінші туындысына
пропорционалды:
dt
d
T
k
u
д
p
(9)
мҧндағы Т
d
– дифференциалдық тҧрақтылық және уақыттық ӛлшемге ие
болады.
4) дифференциалды – интегралдық заң (ПИ заңы) –
басқару әсерінің шамасы шығу шамасының берілген мәнінен ауытқуына және
шықпалық
шамасының
берілген
мәннен
ауытқуының
интегралына
пропорционалды болады:
)
1
(
0
t
u
p
dt
T
k
u
(10)
5) пропорционалды – дифференциалдық заң (ПД заңы)-
басқару әсерінің шамасы шығу шамасының берілген мәнінен ауытқуына және
шықпалық шамасының берілген мәннен ауытқуының уақыт ішінде бірінші
туындысына пропорционалды болады:
)
(
dt
d
T
k
u
д
p
(11)
6) пропорционалды – интегралды – дифференциалдық заң (ПИД-заңы) -
басқару әсерінің шамасы шықпалық шамасының берілген мәннен ауытқуына,
шықпалық шамасының берілген мәннен ауытқуының интегралына және
шықпалық шамасының берілген мәннен ауытқуының уақыт ішінде бірінші
туындысына пропорционалды болады:
)
1
(
0
dt
d
T
dt
T
k
u
д
t
u
p
(12)
Басқару заңы басқару объектісінің қасиеттеріне байланысты таңдап
алынады.
19
Автоматтық басқару жҥйелерін қҧру негізінде басқарудың ортақ негізгі
принциптері жатыр. Қазіргі кезде басқарудың ҥш негізгі принциптері
қолданылады:
тұйықталғанның
басқару
принциптері,
ұйытқуды
компенсациялау принципі және ауытқу бойынша басқару принципі.
Тұйықталмаған басқару принциптерінің – басқару заңдарды таңдау
жолымен жҧмыс атқару алгоритімі негізінде қҧралады. Бҧл заңдар басқару
объектісінің қасиеттерін ескере отырып, басқару қҧрылғысының әрекетін
анықтайды. Бҧл жерде басқарылатын шаманың шындық мәні және ҧйтқудың
әрекеті ескерілмейді. Жҧмыс атқару алгоритмі жеке қҧрылғылармен
тапсырылуы мҥмкін.
Ұйтқуды ӛтеу принципінің (ұйтқы принципі бойынша басқару принципі,
Понселе-Чиколев принципі )маңызы басқару қҧрылғысы басқару объектісіне
әсер ететін ҧйтқуды тӛтейтін етіп басқару әсерін қҧрайды. Бҧл принцип
ҧйтқудың әсерін ӛтеуге мҥмкіндік береді және де ҧйтқудың әр тҥріне жеке
компенсациялау қҧрылғысын қолдану қажет.
Ауытқу бойынша принципінің (кері байланыс принципі, тұйықталған
контур бойынша басқару принципі) маңызы басқарылатын шама оның
берілген мәнінен ауытқыған жағдайда ғана басқару әсері қҧралады. Басқару
объектінің тапсырылған жҧмыс атқару алгоритмі мен шықпалық шымасының
шындық мәнін салыстырғаннан кейін ғана басқару алгоритмі басқару
блогымен қҧралады. Ол ҥшін басқару объектісінің шықпалық шамасынан
басқару блогына сҧлбаға қосымша байланыс еңгізеді, бҧл қосымша байланыс
кері байланыс деп аталады. Осы басқару принципінің артықшылығы кері
байланыстың бар болуымен тҥсіндіріледі.
Кері байланыс – сигналдың кемшілігі оның бӛлігінің элементінің кірісіне
немесе алдыңғы элементтердің кез – келгеніне қайтарып берілуі. Бҧл басқару
принципінде сигнал басқару объектісінің шығысынан басқару блогының
кірісіне кері беріледі, яғни басқару контурын тҧйықтайды. Ӛзінің әрекеті
бойынша кері байланыс бірнеше тҥрге бӛлінеді. Егер кері байланыс тізбегі
бойынша әсер тапсырыс әсерінен қосылатын болса, онда ол оң кері байланыс
деп аталады. Егер кері байланыс тізбегі бойынша әсер тапсырыс әсерінен
алынатын болса, онда ол теріс кері байланыс деп аталады. Ауытқу бойынша
басқару принципі бойынша жҧмыс істейтін жҥйелер ӛзімен теріс кері
байланысы бар жҥйелерді ҧсынады. Реттеуішпен басқару объектісіне қатысты
қҧралған кері байланыс басты деп аталады. Реттеуіштің ӛзінде болған кері
байланыс жергілікті деп аталады. Орнатылған және ӛтпелі режимдерде әрекет
ететін кері байланыс қатты деп, ал тек қана ӛтпелі режимде әрекет ететін кері
байланыс иілгіш деп аталады.
Достарыңызбен бөлісу: |