Материал: Системы управления исполнительными механизмами.

Зададимся некоторой произвольной дискретной управляющей последовательностью U(kT), k = –1, –2, ..., –n и рассмотрим движение системы в обратном времени, т.е. примем конечное нулевое состояние системы за начальное. Проинтегрируем уравнение (9.10) при нулевых начальных условиях X(0) = 0, воспользовавшись аппаратом переходных матриц состояния, получим векторное дискретное уравнение состояния:

где Φ 1 D,T – расширенная обратная матрица перехода.

Сформируем матрицы дискретного управления W размерности т×п и дискретного состояния G размерности п×п в виде

Поскольку не наложены какие-либо ограничения на множества управляющих воздействий и дискретные состояния системы, а также по определению система находилась в нулевом начальном состоянии, очевидно, что ее движение в обратном (по отношению к принятому при синтезе) направлении будет носить оптимальный по быстродействию апериодический характер. Следовательно, с учетом выражения (9.8) искомую матрицу можно найти в виде

Решение векторно-матричного уравнения (9.15) будет единственным при полном ранге матрицы G, т.е. если rank(G) = n.

Синтез вынужденного движения САУ

На втором этапе синтеза определим матрицы β, γ, δ, входящие в выражение (9.12). Для этого рассмотрим вынужденное движение системы.

243

Представим вектор-столбец установившихся состояний САУ в виде

где Х1 – подвектор размерности m 1, определяющий заданное установившееся состояние системы, т.е. Х1 = Х*; Х2 – подвектор размерности (n – m) 1, включающий в себя остальные координаты состояния системы управления.

Соответствующую матрицу установившихся состояний представим в виде блочной матрицы

где А1, А2 – подматрицы соответственно размерностей п × т,

п × (п – т).

Представим все аддитивные воздействия на систему в виде обобщенного вектора-столбца размерности (2m + d) 1 задающих и возмущающих воздействий:

2m + d раз, из которых сформируем неособую матрицу Q аддитивных воздействий размерностью (2m + d) (2m + d) в виде

Q Z 1 Z 2 ... Z 2m d .

Тогда с учетом введенных обозначений (9.7)–(9.18) уравнение (9.6) для квазиустановившихся состояний системы

X t const, X1 t const можно переписать в виде

244

10. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СУИМ

Современные СУИМ базируются на предоставлении и использовании информации об ее функционировании (контроле координат состояния самого ИМ и ОУ, на который исполнительный механизм воздействует) на основе микропроцессорных средств автоматизации [30, 31].

В последние два десятилетия резко возросла системотехническая культура отечественных специалистов в области автоматизации технологических процессов благодаря появлению на российском рынке современной техники и технологий автоматизации. Наблюдается интенсивный переход от локальной автоматизации к построению интегрированных, полнофункциональных многоуровневых и распределенных (децентрализованных) систем управления.

Поскольку управляющие решения в таких системах принимает сам ИМ и его система управления, а не контроллер верхнего уровня, временной цикл выполнения управляющих функций (защита СУИМ, управление движением, регулирование, позиционирование и т.п.) существенно сокращается, повышается точность управления. Некоторые функции, например релейно-импульсное сдергивание задвижки при ее открытии или импульсный дожим при ее закрытии, вообще проблематично выполнить с помощью контроллера верхнего уровня из-за их высокой динамики.

Живучесть систем, построенных на базе интеллектуальных механизмов, повышается в соответствии с одним из системных законов: чем меньше функциональная централизация системы, тем выше ее живучесть.

Как правило, интеллектуальными средствами управления наделяют ЭИМ. Среди российских компаний интеллектуализацией ЭИМ плодотворно в течение многих лет занимается ОАО «ЗЭиМ»,

ООО «Элконт» (г. Чебоксары), ОАО «МЗТА» (г. Москва), ЗАО «Тулаэлектропривод» (г. Тула) и др. Среди зарубежных компаний,

246

зарекомендовавших себя как устойчивые партнеры на российском рынке, можно отметить такие, как Siemens, Sauter, Danfoss, Belimo, Schneider Electric и др. Что их объединяет, так это то, что СУИМ этих производителей имеют в своем составе микропроцессорный контроллер и иные программно-технические средства для осуще-

ствления так называемых интеллектуальных функций.

КинтеллектуальнымфункциямСУИМ относят следующие:

–дистанционное управление ЭИМ сигналами 0–10 В, 0–1 В, 0–20 мА, 4–20 мА;

–передача информации о текущем положении клапана или иного рабочего (регулирующего) органа;

–электронная диагностика и блокировка ЭИМ в случае аварийных ситуаций ИМ – механических перегрузок, включая заклинивание механических элементов;

–интеграция СУИМ в информационные сети АСУТП с полноценным доступом как в части управления ЭИМ, так и в части получения выходной информации о его состоянии и др.

10.1. Функциональная структура интеллектуальной СУИМ

Логическим развитием функциональных структур АСУТП

внаправлении их децентрализации является интеллектуализация самого нижнего уровня систем – датчиков, ИМ и, как следствие, СУИМ.

На рис. 10.1 приведена обобщенная функциональная схема интеллектуальной СУИМ, характерная для многих централизованных и децентрализованных АСУТП. Рассмотрим состав и функции интеллектуальных СУИМ, разрабатываемых одним из ведущих

вданной области на российском рынке предприятий ОАО «ЗЭиМ». Обозначения на схеме:

ВП – встроенный пульт; ПП – портативный пульт;

ПК – персональный компьютер; КВУ – контроллер верхнего уровня;

КИМ – контроллер исполнительного механизма;

247

УСО – устройство связи с объектом; ПБР – пускатель бесконтактный реверсивный; ЭД – электродвигатель; ИМ – исполнительный механизм; РО – рабочий орган;

БСПМ – блок сигнализации положения механизма.

РО Y

Рис. 10.1. Функциональная схема интеллектуальной СУИМ

Контроллер верхнего управления уровня (КВУ) обеспечива-

ет связь с основным интеллектуальным модулем СУИМ – контроллером исполнительного механизма (КИМ) – непосредственно через аналоговые и дискретные каналы ввода-вывода с помощью устройства связи с объектом УСО (сосредоточенные системы) или с помощью его полевой сети (распределенные системы). Поскольку управление через полевую сеть имеет более низкие динамические показатели, чем через непосредственные каналы УСО, для

248