Автоматизоване управління технологічними процесами 2016

Комплексне завдання

Особливість питань. Набір питань екзаменаційних білетів складає комплексне завдання з розробки сучасної цифрової системи автоматичного регулювання (САР) підвищеної динамічної точності стабілізації технологічних параметрів, що потенційно забезпечує підвищення ефективності відповідного технологічного процесу.

         Вихідні дані (варіант завдання):

         1) структурна схема об'єкта регулювання (у деяких випадках потребує конкретизації у відповідності до завдання);

         2) перехідні характеристики каналів об'єкта керування (зі статичними та астатичними властивостями);

3) перелік спеціальних вимог до розроблювальних САР (залежно від варіанту): інваріантні; автономні; каскадні; з прогнозуванням вільного руху;

4) перелік вимог до технічних засобів САР:

- контролери з функціями: «інтелектуальний ПЗО (пристрій зв’язку з об’єктом)»; повнофункціональний з вільним програмуванням; повнофункціональний з функціональним програмуванням;

- виконавчі механізми: інтегруючі (електродвигунові з постійною швидкістю переміщення регулюючого органу); пропорційні (пневматичні).

Перелік питань-завдань:

1. Розробіть для заданого ОР спочатку структурну схему найпростішої САР, а потім, відповідно до заданого варіанту, структурну схему САР підвищеної динамічної точності. Отримайте у загальному вигляді передаточну функцію корегуючого зв'язку або, у тому випадку, коли САР має каскадну структуру, опишіть особливості її структури та джерела її переваг перед відповідними одноконтурними САР. Перерахуйте канали об'єкту керування, властивості яких необхідно знати для параметричного синтезу САР (у тому числі найпростішої структури) та конкретизації властивостей корегуючого зв'язку.

2. Коротко опишіть план активного експерименту з вивчення динамічних властивостей ОР за каналом регулювання (для багатомірних САР – для контуру регулювання, автономність якого досягається; для каскадних САР – з урахуванням «проміжної» змінної) та за заданими перехідними характеристиками каналу проведіть структурну та параметричну ідентифікацію його моделі, яка буде використовуватися для розрахунку початкових наближень параметрів регулятора (в САР каскадної структури – для допоміжного регулятора внутрішнього контуру). За виглядом перехідних характеристик інших каналів ОР, властивості яких необхідно знати для конкретизації властивостей корегуючого зв’язку, проведіть їхню структурну ідентифікацію, а параметри обраних моделей задайте приблизно («на око»).

3. Оберіть алгоритм регулятора САР (для САР каскадної структури – допоміжного регулятора), розрахуйте початкові наближення параметрів регулятора за допомогою спрощених (інженерних) методик. Конкретизуйте передаточну функцію корегуючого зв’язку, підставивши в її загальний вигляд (див. п.1) конкретні передаточні функції необхідних каналів ОР та регулятора. Проаналізуйте можливість її фізичної реалізації, спростіть до другого порядку. Сформулюйте задачу параметричної оптимізації для САР, оберіть критерій та доцільний набір оптимізуємих параметрів.

4. Запропонуйте для реалізації САР, відповідно до завдання, конкретний тип контролера, включаючи його ПЗО, а також запропонуйте комплект технічних засобів, що забезпечують: а) збір інформації про змінні, які необхідні для розв’язання задачі регулювання, та введення цієї інформації до контролера; б) вивід з контролеру керуючих дій на виконавчі пристрої із заданим за варіантом виконавчим механізмом; в) зв’язок контролера та комп’ютера АРМ оператора-технолога. Нарисуйте схему технічної структури САР з обраними технічними засобами.

5. Для варіантів, коли контролер виконує функцію інтелектуального ПЗО, тобто коли алгоритм керування реалізується на ПЕОМ, та, коли алгоритм керування реалізується на контролері з «вільним» програмуванням, розробіть цифровий варіант реалізації корегуючого зв'язку (рівняння в дискретному часі) або у випадку каскадної САР – допоміжного регулятора. Для варіантів, коли алгоритм керування реалізується на контролері з «функціональним» програмуванням, розробіть віртуальну структуру контролера.

Примітка.

1. У тих випадках, коли розробка САР здійснюється для найпростішої структури, оцінка за виконання завдання помножується на коефіцієнт 0,75.

2. При виконанні бакалаврами п. 5 оцінка за виконання завдання помножується на коефіцієнт 1,2.