Введение в теорию автоматического управления. Основные понятия теории управления техническим системами

Публикую первую главу лекций по теории автоматического управления, после которых ваша жизнь уже никогда не будет прежней.

Лекции по курсу «Управление Техническими Системами», читает Козлов Олег Степанович на кафедре «Ядерные реакторы и энергетические установки», факультета «Энергомашиностроения» МГТУ им. Н.Э. Баумана. За что ему огромная благодарность.

Данные лекции только готовятся к публикации в виде книги, а поскольку здесь есть специалисты по ТАУ, студенты и просто интересующиеся предметом, то любая критика привествуется.

1. Основные понятия теории управления техническими системами

1.1. Цели, принципы управления, виды систем управления, основные определения, примеры

Развитие и совершенствование промышленного производства (энергетики, транспорта, машиностроения, космической техники и т.д.) требует непрерывного увеличения производительности машин и агрегатов, повышения качества продукции, снижения себестоимости и, особенно в атомной энергетике, резкого повышения безопасности (ядерной, радиационной и т.д.) эксплуатации АЭС и ядерных установок.

Реализация поставленных целей невозможна без внедрения современных систем управления, включая как автоматизированные (с участием человека-оператора), так и автоматические (без участия человека-оператора) системы управления (СУ).

Определение: Управление – это такая организация того или иного технологического процесса, которая обеспечивает достижение поставленной цели.

Теория управления является разделом современной науки и техники. Она базируется (основывается) как на фундаментальных (общенаучных) дисциплинах (например, математика, физика, химия и т.д.), так и на прикладных дисциплинах (электроника, микропроцессорная техника, программирование и т.д.).

Любой процесс управления (автоматического) состоит из следующих основных этапов (элементов):

Для реализации Процесса Управления система управления (СУ) должна иметь:

Определение: Если система управления (СУ) содержит все перечисленные выше части, то она является замкнутой.

Определение: Управление техническим объектом с использованием информации о результатах управления называется принципом обратной связи.

Схематично такая система управления может быть представлена в виде:

Рис. 1.1.1 — Структура системы управления (СУ)

Если система управления (СУ) имеет структурную схему, вид которой соответствует рис. 1.1.1, и функционирует (работает) без участия человека (оператора), то она называется системой автоматического управления (САУ).

Если СУ функционирует с участием человека (оператора), то она называется автоматизированной СУ.

Если Управление обеспечивает заданный закон изменения объекта во времени независимо от результатов управления, то такое управление совершается по разомкнутому циклу, а само управление называется программным управлением.

К системам, работающим по разомкнутому циклу, относятся промышленные автоматы (конвейерные линии, роторные линии и т.д.), станки с числовым программным управлением (ЧПУ): см. пример на рис. 1.1.2.

Задающее устройство может быть, например, и “копиром”.

Поскольку в данном примере нет датчиков (измерителей), контролирующих изготавливаемую деталь, то если, например, резец был установлен неправильно или сломался, то поставленная цель (изготовление детали) не может быть достигнута (реализована). Обычно в системах подобного типа необходим выходной контроль, который будет только фиксировать отклонение размеров и формы детали от желаемой.

Автоматические системы управления подразделяются на 3 типа:

САР и СС являются подмножествами САУ ==> .

Определение: Автоматическая система управления, обеспечивающая постоянство какой-либо физической величины (группы величин) в объекте управления называется системой автоматического регулирования (САР).

Системы автоматического регулирования (САР) — наиболее распространенный тип систем автоматического управления.

Первый в мире автоматический регулятор (18-е столетие) – регулятор Уатта. Данная схема (см. рис. 1.1.3) реализована Уаттом в Англии для поддержания постоянной скорости вращения колеса паровой машины и, соответственно, для поддержания постоянства скорости вращения (движения) шкива (ремня) трансмиссии.

В данной схеме чувствительными элементами (измерительными датчиками) являются “грузы” (сферы). «Грузы» (сферы) также “заставляют” перемещаться коромысло и затем задвижку. Поэтому данную систему можно отнести к системе прямого регулирования, а регулятор — к регулятору прямого действия, так как он одновременно выполняет функции и “измерителя” и “регулятора”.

В регуляторах прямого действия дополнительного источника энергии для перемещения регулирующего органа не требуется.

В системах непрямого регулирования необходимо присутствие (наличие) усилителя (например, мощности), дополнительного исполнительного механизма, содержащего, например, электродвигатель, серводвигатель, гидропривод и т.д.

Примером САУ (системы автоматического управления), в полном смысле этого определения, может служить система управления, обеспечивающая вывод ракеты на орбиту, где управляемой величиной может быть, например, угол между осью ракеты и нормалью к Земле ==> см. рис. 1.1.4.а и рис. 1.1.4.б

1.2. Структура систем управления: простые и многомерные системы

В теории управления техническими системами часто бывает удобно систему разделить на набор звеньев, соединенных в сетевые структуры. В простейшем случае система содержит одно звено, на вход которого подается входной воздействие (вход), на входе получается отклик системы (выход).

В теории Управления Техническими Системам используют 2 основных способа представления звеньев систем управления:

— в переменных “вход-выход”;

— в переменных состояния (более подробно см. разделы 6…7).

Представление в переменных “вход-выход” обычно используется для описания относительно простых систем, имеющих один “вход” (одно управляющее воздействие) и один “выход” (одна регулируемая величина, см. рисунок 1.2.1).

Обычно такое описание используется для технически несложных САУ (систем автоматического управления).

В последнее время широкое распространение имеет представление в переменных состояния, особенно для технически сложных систем, в том числе и для многомерных САУ. На рис. 1.2.2 приведено схематичное представление многомерной системы автоматического управления, где u₁(t)…u_m(t) — управляющие воздействия (вектор управления), y₁(t)…y_p(t) — регулируемые параметры САУ (вектор выхода).

Рассмотрим более детально структуру САУ, представленную в переменных “вход-выход” и имеющую один вход (входное или задающее, или управляющее воздействие) и один выход (выходное воздействие или управляемая (или регулируемая) переменная).

Предположим, что структурная схема такой САУ состоит из некоторого числа элементов (звеньев). Группируя звенья по функциональному принципу (что звенья делают), структурную схему САУ можно привести к следующему типовому виду:

Рис. 1.2.3 — Структурная схема системы автоматического управления

Символом ε(t) или переменной ε(t) обозначается рассогласование (ошибка) на выходе сравнивающего устройства, которое может “работать” в режиме как простых сравнительных арифметических операций (чаще всего вычитание, реже сложение), так и более сложных сравнительных операций (процедур).

Задача системы управления состоит в том (если она устойчива), чтобы “работать” на уничтожение рассогласования (ошибки) ε(t), т.е. ==> ε(t) → 0.

Следует отметить, что на систему управления действуют как внешние воздействия (управляющее, возмущающее, помехи), так и внутренние помехи. Помеха отличается от воздействия стохастичностью (случайностью) своего существования, тогда как воздействие почти всегда детерминировано.

Для обозначения управляющего (задающего воздействие) будем использовать либо x(t), либо u(t).

1.3. Основные законы управления

Если вернуться к последнему рисунку (структурная схема САУ на рис. 1.2.3), то необходимо “расшифровать” роль, которую играет усилительно-преобразующее устройство (какие функции оно выполняет).

Если усилительно-преобразующее устройство (УПУ) выполняет только усиление (или ослабление) сигнала рассогласования ε(t), а именно: , где – коэффициент пропорциональности (в частном случае = Const), то такой режим управления замкнутой САУ называется режимом пропорционального управления (П-управление).

Если УПУ выполняет формирование выходного сигнала ε1(t), пропорционального ошибке ε(t) и интегралу от ε(t), т.е. , то такой режим управления называется пропорционально-интегрирующим (ПИ-управление). ==> , где b – коэффициент пропорциональности (в частном случае b = Const).

Обычно ПИ-управление используется для повышения точности управления (регулирования).

Если УПУ формирует выходной сигнал ε₁(t), пропорциональный ошибке ε(t) и ее производной, то такой режим называется пропорционально-дифференцирующим (ПД-управление): ==>

Обычно использование ПД-управления повышает быстродействие САУ

Если УПУ формирует выходной сигнал ε₁(t), пропорциональный ошибке ε(t), ее производной, и интегралу от ошибки ==> , то такой режим называетсято такой режим управления называется пропорционально-интегрально-дифференцирующим режимом управления (ПИД-управление).

ПИД-управление позволяет зачастую обеспечить “хорошую” точность управления при “хорошем” быстродействии

1.4. Классификация систем автоматического управления

1.4.1. Классификация по виду математического описания

По виду математического описания (уравнений динамики и статики) системы автоматического управления (САУ) подразделяются на линейные и нелинейные системы (САУ или САР).

Каждый “подкласс” (линейных и нелинейных) подразделяется на еще ряд “подклассов”. Например, линейные САУ (САР) имеют различия по виду математического описания.
Поскольку в этом семестре будут рассматриваться динамические свойства только линейных систем автоматического управления (регулирования), то ниже приведем классификацию по виду математического описания для линейных САУ (САР):

1) Линейные системы автоматического управления, описываемые в переменных «вход-выход» обыкновенными дифференциальными уравнениями (ОДУ) с постоянными коэффициентами:

где x(t) – входное воздействие; y(t) – выходное воздействие (регулируемая величина).

Если использовать операторную («компактную») форму записи линейного ОДУ, то уравнение (1.4.1) можно представить в следующем виде:

где, p = d/dt — оператор дифференцирования; L(p), N(p) — соответствующие линейные дифференциальные операторы, которые равны:

2) Линейные системы автоматического управления, описываемые линейными обыкновенными дифференциальными уравнениями (ОДУ) с переменными (во времени) коэффициентами:

В общем случае такие системы можно отнести и к классу нелинейных САУ (САР).

3) Линейные системы автоматического управления, описываемые линейными разностными уравнениями:

где f(…) – линейная функция аргументов; k = 1, 2, 3… — целые числа; Δt – интервал квантования (интервал дискретизации).

Уравнение (1.4.4) можно представить в «компактной» форме записи:

Обычно такое описание линейных САУ (САР) используется в цифровых системах управления (с использованием ЭВМ).

4) Линейные системы автоматического управления с запаздыванием:

где L(p), N(p) — линейные дифференциальные операторы; τ — время запаздывания или постоянная запаздывания.

Если операторы L(p) и N(p) вырождаются (L(p) = 1; N(p) = 1), то уравнение (1.4.6) соответствует математическому описанию динамики звена идеального запаздывания:

а графическая иллюстрация его свойств привдена на рис. 1.4.1

5) Линейные системы автоматического управления, описываемые линейными дифференциальными уравнения в частных производных. Нередко такие САУ называют распределенными системами управления. ==> «Абстрактный» пример такого описания:

Система уравнений (1.4.7) описывает динамику линейно распределенной САУ, т.е. регулируемая величина зависит не только от времени, но и от одной пространственной координаты.
Если система управления представляет собой «пространственный» объект, то ==>

где зависит от времени и пространственных координат, определяемых радиусом-вектором

6) САУ, описываемые системами ОДУ, или системами разностных уравнений, или системами уравнений в частных производных ==> и так далее…

Аналогичную классификацию можно предложить и для нелинейных САУ (САР)…

Для линейных систем выполеняются следующие требования:

Статической характеристикой называется зависимость выхода от величины входного воздействия в установившемся режиме (когда все переходные процессы затухли).

Для систем, описываемых линейными обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами статическая характеристика получается из уравнения динамики (1.4.1) приравниванием нулю всех нестационарных членов ==>

На рис.1.4.2 представлены примеры линейной и нелинейных статических характеристик систем автоматического управления (регулирования).

Нелинейность членов, содержащих производные по времени в уравнениях динамики, может возникнуть при использовании нелинейных математических операций (*, /, , , sin, ln и т.д.). Например, рассматривая уравнение динамики некоторой «абстрактной» САУ

отметим, что в этом уравнении при линейной статической характеристики второе и третье слагаемые (динамические члены) в левой части уравнения — нелинейные, поэтому САУ, описываемая подобным уравнением, является нелинейной в динамическом плане.

1.4.2. Классификация по характеру передаваемых сигналов

По характеру передаваемых сигналов системы автоматического управления (или регулирования) подразделяются:

Системой непрерывного действия называется такая САУ, в каждом из звеньев которой непрерывному изменению входного сигнала во времени соответствует непрерывное изменение выходного сигнала, при этом закон изменения выходного сигнала может быть произвольным. Чтобы САУ была непрерывной, необходимо, чтобы статические характеристики всех звеньев были непрерывными.

Системой релейного действия называется САУ, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина в некоторые моменты процесса управления меняется “скачком” в зависимости от величины входного сигнала. Статическая характеристика такого звена имеет точки разрыва или излома с разрывом.

Системой дискретного действия называется система, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина имеет вид отдельных импульсов, появляющиеся через некоторый промежуток времени.

Звено, преобразующее непрерывный сигнал в дискретный сигнал, называется импульсным. Подобный вид передаваемых сигналов имеет место в САУ с ЭВМ или контроллером.

Наиболее часто реализуются следующие методы (алгоритмы) преобразования непрерывного входного сигнала в импульсный выходной сигнал:

На рис. 1.4.5 представлена графическая иллюстрация алгоритма амплитудно-импульсной модуляции (АИМ). В верхней части рис. представлена временная зависимость x(t) — сигнала на входе в импульсное звено. Выходной сигнал импульсного блока (звена) y(t) – последовательность прямоугольных импульсов, появляющихся с постоянным периодом квантования Δt (см. нижнюю часть рис.). Длительность импульсов – одинакова и равна Δ. Амплитуда импульса на выходе блока пропорциональна соответствующей величине непрерывного сигнала x(t) на входе данного блока.

Данный метод импульсной модуляции был весьма распространен в электронно-измерительной аппаратуре систем управления и защиты (СУЗ) ядерных энергетических установок (ЯЭУ) в 70-х…80-х годах прошлого столетия.

На рис. 1.4.6 представлена графическая иллюстрация алгоритма широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В верхней части рис. 1.14 представлена временная зависимость x(t) – сигнала на входе в импульсное звено. Выходной сигнал импульсного блока (звена) y(t) – последовательность прямоугольных импульсов, появляющихся с постоянным периодом квантования Δt (см. нижнюю часть рис. 1.14). Амплитуда всех импульсов – одинакова. Длительность импульса Δt на выходе блока пропорциональна соответствующей величине непрерывного сигнала x(t) на входе импульсного блока.

Данный метод импульсной модуляции в настоящее время является наиболее распространенным в электронно-измерительной аппаратуре систем управления и защиты (СУЗ) ядерных энергетических установок (ЯЭУ) и САУ других технических систем.

Завершая данный подраздел, необходимо заметить, что если характерные постоянные времени в других звеньях САУ (САР) существенно больше Δt (на порядки), то импульсная система может считаться непрерывной системой автоматического управления (при использовании как АИМ, так и ШИМ).

1.4.3. Классификация по характеру управления

По характеру процессов управления системы автоматического управления подразделяются на следующие типы:

Выходной стохастический сигнал характеризуется:

Кроме приведенных основных видов классификации систем управления, существуют и другие классификации. Например, классификация может проводиться по методу управления и основываться на взаимодействии с внешней средой и возможности адаптации САУ к изменению параметров окружающей среды. Системы делятся на два больших класса:

1) Обыкновенные (несамонастраивающиеся) СУ без адаптации; эти системы относятся к разряду простых, не изменяющих свою структуру в процессе управления. Они наиболее разработаны и широко применяются. Обыкновенные СУ подразделяются на три подкласса: разомкнутые, замкнутые и комбинированные системы управления.

2) Самонастраивающиеся (адаптивные) СУ. В этих системах при изменении внешних условий или характеристик объекта регулирования происходит автоматическое (заранее не заданное) изменение параметров управляющего устройства за счет изменения коэффициентов СУ, структуры СУ или даже введения новых элементов.

Другой пример классификации: по иерархическому признаку (одноуровневые, двухуровневые, многоуровневые).

Источник

Объекты автоматизации и их характеристики

Объект автоматизации является основной составной частью автоматической системы, определяющей характер системы, поэтому его изучению уделяется исключительное внимание. Сложность объекта определяется главным образом степенью его изученности и многообразием выполняемых им функций. Результаты исследований объекта должны быть представлены в виде четких рекомендаций о возможности полной или частичной автоматизации объекта или отсутствии необходимых условий для автоматизации.

Характеристики объектов автоматизации

Проектированию автоматической системы управления должно предшествовать изучение объекта с целью установления связей объекта. В общем случае эти связи можно представить в виде четырех групп переменных.

Показатель технологического процесса, которым необходимо управлять, называют управляемой величиной (координатой), а ту физическую величины, посредством которой управляется показатель технологического процесса, называют управляющим воздействием (входной величиной, координатой).

К управляющим воздействиям относятся включение и отключение электродвигателей, электрических нагревателей, исполнительных механизмов, положение регулирующих заслонок, положение задатчиков регуляторов и т. п.

Рис. 1. Входы и выходы объекта автоматизации

Изучение рассмотренных связей объекта, подлежащего автоматизации, может привести к получению двух диаметрально противоположных выводов: между выходными и входными переменными объекта имеется строгая математическая зависимость или между этими переменными отсутствует зависимость, которая может быть выражена достоверной математической формулой.

В теории и практике автоматического управления технологическими процессами накоплен достаточный опыт описания состояния объекта в таких ситуациях. При этом объект рассматривается как одно из звеньев системы автоматического управления. В случаях, когда известна математическая зависимость между выходной переменной у и управляющим входным воздействием х объекта, выделяют две основные формы записи математических описаний — это статические и динамические характеристики объекта.

Статическая характеристика в математической или графической форме выражает зависимость выходных параметров от входных. Бинарные связи обычно имеют четкое математическое описание, например, статическая характеристика весовых дозаторов литейных материалов имеет вид h = km (здесь h — степень деформации упругих элементов; т — масса материала; k — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств материала упругого элемента).

При наличии нескольких переменных параметров в качестве статических характеристик можно использовать номограммы.

Статическая характеристика объекта определяет последующее формирование целей автоматизации. С точки зрения практической реализации в литейном производстве эти цели могут быть сведены к трем видам:

стабилизации выходных параметров объекта;

изменению выходных параметров по заданной программе;

изменению качества некоторых выходных параметров при изменении условий протекания процесса.

Ряд технологических объектов однако не может быть описан математически из-за множества взаимосвязанных факторов, влияющих на ход процесса, наличия неконтролируемых факторов и малоизученности процесса. Такие объекты с точки зрения автоматизации являются сложными. Степень сложности определяется числом входов и выходов объекта. Такие объективные трудности возникают при изучении процессов, снизанных с массо- и теплопередачей. Поэтому при их автоматизации необходимы допущения или условия, которые должны способствовать главной цели автоматизации — повышению эффективности управления путем максимального приближения технологических режимов к оптимальным.

Для изучения сложных объектов используют прием, который заключается в условном представлении объекта в виде «черного ящика». При этом исследуют только внешние связи, ни утреннюю структуру системы не учитывают, т. е. изучают, что делает объект, а не как он функционирует.

Поведение объекта определяют по реакции выходных величин на изменение входных. Основным инструментом для изучения такого объекта являются статистико-математические методы. Методически изучение объекта осуществляется следующим образом: определяют главные параметры, устанавливают дискретный ряд изменения главных параметров, искусственно изменяют входные параметры объекта в пределах установленного дискретного ряда, фиксируют все изменения выходов и статистически обрабатывают полученные результаты.

Динамические характеристики объекта автоматизации определяются рядом его свойств, одни из которых способствуют качественному процессу управления, другие препятствуют ему.

Из всех свойств объектов автоматизации, независимо от их многообразия, можно выделить главные, наиболее характерные: емкость, способность к самовыравниванию и запаздывание.

Емкостью называют способность объекта аккумулировать рабочую среду и запасать ее внутри объекта. Накопление вещества или энергии возможно благодаря тому, что в каждом объекте имеется сопротивление выходу.

Мерой емкости объекта служит коэффициент емкости С, характеризующий количество вещества или энергии, которое нужно подвести к объекту, чтобы изменить управляемую величину на единицу в принятой размерности измерения:

где dQ — разность между притоком и расходом вещества или энергии; ру — управляемый параметр; t — время.

Размерность коэффициента емкости может быть различной в зависимости от размерностей управляемых параметров.

Скорость изменения управляемого параметра тем меньше, чем больше коэффициент емкости объекта. Из этого следует, что легче управляются те объекты, коэффициенты емкости которых больше.

Самовыравнивание — это способность объекта приходить после возмущения в новое установившееся состояние без вмешательства управляющего устройства (регулятора). Объекты, обладающие самовыравниванием, называют статическими, а не обладающие этим свойством — нейтральными или астатическими. Самовыравнивание способствует стабилизации управляющего параметра объекта и облегчает работу управляющего устройства.

Самовыравнивание объектов характеризуется коэффициентом (степенью) самовыравнивания, который имеет вид:

В зависимости от коэффициента самовыравнивания статические характеристики объекта принимают различный вид (рис. 2).

Зависимость управляемого параметра от нагрузки (относительного возмущения) при различных коэффициентах самовыравнивания: 1 — идеальное самовыравнивание; 2 — нормальное самовыравнивание; 3 — отсутствие самовыравнивания

Зависимость 1 характеризует объект, у которого управляемая величина не изменяется при любых возмущениях, такой объект не нуждается в управляющих устройствах. Зависимость 2 отражает нормальное самовыравнивание объекта, зависимость 3 характеризует объект, не имеющий самовыравнивания. Коэффициент р является переменной величиной, он повышается с увеличением нагрузки и в большинстве случаев имеет положительное значение.

Запаздывание — это время, проходящее между моментом нарушения равновесия и началом изменения управляемой величины объекта. Оно обусловливается наличием сопротивлений и инерционностью системы.

Различают два вида запаздывания: чистое (или транспортное) и переходное (или емкостное), которые в сумме составляют общее запаздывание в объекте.

Чистое запаздывание получило свое название потому, что в объектах, где оно имеется, наблюдается смещение во времени реакции на выходе объекта по сравнению с моментом появления входного воздействия без изменения величины и формы воздействия. Минимальным чистым запаздыванием обладает объект, работающий при максимальной нагрузке или в котором сигнал распространяется с большой скоростью.

Переходное запаздывание возникает при преодолении потоком вещества или энергии сопротивлений между емкостями объекта. Оно определяется числом емкостей и величиной переходных сопротивлений.

Чистое и переходное запаздывания ухудшают качество управления, поэтому необходимо стремиться к уменьшению их величин. К мерам, способствующим этому, можно отнести размещение измерительных и управляющих устройств в непосредственной близости от объекта, применение малоинерционных чувствительных элементов, конструктивная рационализация самого объекта и др.

Результаты анализа наиболее важных характеристик и свойств объектов автоматизации, а также методов их изучения позволяют сформулировать ряд требований и условий, выполнение которых обеспечивает возможность успешной автоматизации. Главные из них следующие:

математическое описание связей объекта, представленное в виде статических характеристик; для сложных объектов, которые не могут быть описаны математически, — использование математико-статистических, табличных, пространственных и других методов изучения связей объекта, основанных на введении некоторых допущений;

построение динамических характеристик объекта в виде дифференциальных уравнений или графиков для изучения переходных процессов в объекте, при этом учитывают все основные свойства объекта (емкость, запаздывание, самовыравнивание);

использование в объекте таких технических средств, которые бы обеспечивали выдачу информации об изменении всех интересующих параметров объекта в виде унифицированных сигналов, измеряемых датчиками;

применение для управления объектом исполнительных механизмов, имеющих управляемые приводы;

установление достоверно известных пределов изменения внешних возмущений объекта.

К подчиненным требованиям можно отнести:

определение граничных условий автоматизации в соответствии с задачами управления;

установление ограничений входных величин и управляющих воздействий;

расчет критериев оптимальности (эффективности).

Процесс приготовления формовочных смесей состоит из дозирования исходных компонентов, подачи их в смеситель, смешивания готовой смеси и выдачи ее к формовочным линиям, обработки и регенерации отработанной смеси.

Исходные материалы наиболее распространенных в литейном производстве песчано-глинистых смесей: отработанная смесь, свежий песок (наполнитель), глина или бентонит (связующая добавка), молотый уголь или углеродсодержащие материалы (противопригарная добавка), огнеупорные и специальные добавки (крахмалит, мелясса), а также вода.

Входными параметрами процесса смесеприготовления являются расходы указанных формовочных материалов: отработанная смесь, свежий песок, глина или бентонит, молотый уголь, крахмалит или другие добавки, вода.

Выходными параметрами являются требуемые механические и технологические свойства формовочной смеси: прочность в сухом и во влажном состоянии, газопроницаемость, уплотняемость, формуемость, текучесть, объемная масса и др., которые контролируются с помощью лабораторного анализа.

Кроме того, к выходным параметрам относится также компонентный состав смеси: содержание активного и эффективного связующих, содержание активного угля, влажность или степень увлажнения связующего, содержание мелочи — влагопоглощающих мелких частиц и гранулометрический состав смеси или модуль мелкости.

Таким образом, объектом управления процесса является компонентный состав смеси. Обеспечением оптимального состава компонентов готовой смеси, определенного экспериментально, можно добиться стабилизации на заданном уровне механических и технологических свойств смеси.

Возмущения, которым подвержена смесеприготовительная система, значительно усложняют задачу стабилизации качества смеси. Причиной возмущений является наличие потока рециркуляции — использование отработанной смеси. Основное возмущение на систему смесеприготовления оказывают процессы заливки. Под воздействием жидкого металла у части смеси, прилегающей к отливке и прогреваемой до высоких температур, происходят глубокие изменения состава активного связующего, угля и крахмалита и переход их в неактивный компонент.

Приготовление смеси состоит их двух последовательных процессов: дозирования, или шихтовки смеси, обеспечивающей получение требуемого компонентного состава, и смешивания, обеспечивающего получение однородной смеси и придание ей необходимых технологических свойств.

В современном технологическом процессе приготовления формовочных смесей применяют непрерывные методы дозирования сырьевых (формовочных) материалов, задача которых — выдача неразрывным потоком постоянного количества материала или отдельных его компонентов с отклонениями расхода от заданного не больше допустимых.

Автоматизация процесса смесеприготовления как объекта управления может быть осуществлена при следующем:

рациональном построении смесеприготовительных систем, позволяющих исключить или уменьшить влияние возмущений на состав смеси;

использовании весовых методов дозирования;

создании связанных систем управления многокомпонентным дозированием с учетом динамики процесса (инерционности смесителя и запаздывания), причем ведущим компонентом должна быть отработанная смесь, имеющая значительные колебания расхода и состава;

автоматическом контроле и регулировании качества смеси в процессе ее приготовления;

создании автоматических приборов для комплексного контроля состава и свойств смеси с обработкой результатов контроля на ЭВМ;

своевременном изменении рецептуры смеси при изменении соотношения смесь/металл в форме и времени охлаждения отливки до выбивки.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник