Система автоматического управления навозоудалением

Размещено на http://allbest.ru

1. Функциональная схема системы автоматического управления

На основании описания работы электрической схемы автоматического управления (САУ) навозоудалением составим функциональную схему (рис. 1)

Рис. 1. Функциональная схема САУ навозоудалением

Два звена схемы, сумматор и интегрирующее звено, физически выполнены в одном объекте - это навозосборник, куда собирается навоз от животных со средней скоростью V_соб.(t).

Эта скорость носит случайный характер с нормальным распределением в пределах от нуля (когда ни одно животное не опорожняется) до максимума (когда все животные могут опорожниться одновременно). Эта максимальная величина маловероятная, но является расчётной при проектировании.

Размерность средней скорости собирания навоза .

В процессе навозоудаления возможны две ситуации:

-только сбор навоза, откачки навоза нет, и в навозосборник поступает собираемый навоз, навозосборник является интегратором и уровень навоза {h(t)} в нём повышается, выполняется операция интегрирования с положительным знаком, но если навоз не удалять, то наступит аварийный режим;

- включается откачка навоза с постоянной скоростью V_отк.(t) и в это же время в навозосборник поступает собираемый навоз со средней скоростью V_соб.(t).

В этой ситуации необходимым условием работоспособности системы навозоудаления является неравенство

V_отк.(t) > V_соб.(t).

Если это условие не будет выполняться, то будет только навозонакопление в навозосборнике и может наступить аварийный режим.

При одновременном собирании навоза и его откачке навозосборник выполняет функцию сумматора функциональной схемы

ДV(t) = V_соб.(t) - V_отк.(t) < 0.

В этом случае идёт интегрирование с отрицательным знаком и уровень навоза {h(t)} понижается.

Аналитически этот процесс описывается следующей передаточной функцией

,

где Т - постоянная интегрирования и имеет размерность [T] = c;

K - коэффициент усиления интегрирующего звена, и который имеет размерность [K] = .

Если навозосборник представляет собой ёмкость с вертикальными стенками, т.е. имеет постоянную площадь S в поперечном сечении, то можно записать, что

Тогда передаточную функцию навозосборника можно записать

.

Размерность передаточной функции .

В отрицательную обратную связь включёно нелинейное звено, имеющее характеристику “реле с гистерезисом”. Порог срабатывания реле - это достижение максимально-допустимой высоты (h_max) навоза, при которой срабатывает датчик и включает насос откачки навоза. Порог отпускания реле - это достижение минимально-допустимой высоты (h_min) навоза, при которой срабатывает датчик и отключает насос откачки навоза.

Входной величиной этого звена является высота навоза в навозосборнике в метрах, выходной - производительность насоса откачки навоза в кубических метрах в минуту.

Физически в состав этого звена входят датчики минимальной и максимальной высоты навоза, коммутационные элементы включения - выключения электродвигателя, собственно трёхфазный асинхронный электродвигатель и насос.

Длительность процесса откачки навоза многократно превышает длительность разгона электродвигателя при его включении, поэтому не будем учитывать инерционность электродвигателя и связанных с ним инерционных масс.

Таким образом, САУ навозом является нелинейной САУ, а точнее релейной САУ. На вход САУ поступает сигнал в виде нецентрированного случайного процесса, имеющего только нулевые или положительные величины . Этот процесс имеет нормальное распределение плотности вероятности, однако в нём могут быть скрытые периодичности, имеющие суточный или сезонный характер или же связанные с цикличностью кормления животных.

Выходным сигналом САУ является высота навоза в навозосборнике, которая изменяется со случайной скоростью и переменным периодом от минимально-допустимой величины до максимально-допустимой.

САУ навозоудалением можно отнести к системам стабилизации, которая обеспечивает неизменное значение минимального и максимального значения управляемой величины при всех видах возмущений. В устройстве управления сформированы эталонные сигналы, с которыми сравнивается выходная величина. Как правило, допускается настройка эталонных сигналов, что позволяет менять по желанию значение выходной величины.

2. Принципы управления

Различают три фундаментальных принципа управления состоянием объектом управления:

- принцип разомкнутого управления;

- принцип компенсации;

- принцип обратной связи.

Принцип разомкнутого управления состоит в том, что программа управления жестко задана в запоминающем устройстве или внешним воздействием G(t), и управление не учитывает влияние возмущений на параметры процесса. Примеры систем - часы, магнитофон, и т.п.

Принцип компенсации применяется для нейтрализации известных возмущающих воздействий, если они могут искажать состояние объекта управления до недопустимых пределов. При априорно известной связи состояния объекта с возмущающим воздействием значение управляющего сигнала u(t) корректируются обратно пропорционально возмущающему воздействию x(t). Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т.п.

Достоинство принципа компенсации - быстрота реакции на возмущения. навозоудаление управление работоспособность

Недостаток - невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

Принцип обратной связи получил наибольшее распространение в технических системах управления, при этом управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка управляющего сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Связь выхода объекта управления со входом управляющего устройства, выполняющего коррекцию управляющего сигнала u(t), называется главной обратной связью (ОС).

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов - быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

Размещено на Allbest.ru