ПЗ Функциональная и алгометрическая структура САУ

Практическая работа

Тема: Функциональная и алгоритмическая структура систем автоматического управления

Цель работы:

Сформировать у студентов навыки анализа структуры САУ, определения её основных функциональных элементов, построения алгоритма работы и чтения структурных схем.

1. Учебные цели

Студент должен знать:

• основные компоненты САУ: объект управления, датчики, регулятор, исполнительный механизм, канал управления, обратная связь;
• типы алгоритмов управления: позиционные, П, ПИ, ПИД, программные, адаптивные;
• назначение структурных схем в автоматике.

Студент должен уметь:

• анализировать структуру САУ;
• определять тип используемого алгоритма;
• строить структурную схему по описанию;
• описывать алгоритм функционирования установки.

2. Оборудование и материалы

• учебные стенды по автоматизации (реальные или виртуальные);
• контроллер (ПЛК) или его программный макет;
• набор датчиков (температуры, давления, уровня, расхода — в зависимости от стенда);
• исполнительные механизмы (электропривод, клапан, реле);
• ноутбуки с ПО: среда программирования ПЛК или симулятор;
• листы протоколов;
• маркеры, схемные шаблоны.

3. Структура занятия (90 минут)

1. Организационный этап — 5 мин

• Приветствие, проверка присутствующих.
• Озвучивание темы, целей, требований.
• Инструктаж по технике безопасности.

2. Введение — 10 мин

Преподаватель кратко напоминает:

• определение системы автоматического управления;
• элементы структуры САУ и их функции;
• примеры (регулирование температуры, уровня, давления, скорости);
• различия между формальной, функциональной и алгоритмической структурами.

3. Инструктаж по выполнению — 10 мин

Объясняется:

• что нужно выполнить в лабораторной части;
• как оформлять протокол;
• правила работы со стендом или симулятором.

4. Самостоятельная практическая работа — 50 мин

Студенты выполняют 4 обязательных задания.

Задание 1. Определение функциональной структуры САУ (10 минут)

Ход выполнения:

1.     Преподаватель выдаёт описание объекта управления, например:
«Система поддержания температуры в тепловой камере»
или
«Система регулирования давления в трубопроводе».

2.     Студент должен определить:

o    объект управления (ОУ);

o    возмущающее воздействие;

o    задание (уставку);

o    датчик;

o    регулятор;

o    исполнительный механизм;

o    канал управляющего воздействия;

o    обратную связь.

Пример протокола:

Задание 2. Построение функциональной схемы САУ (10 минут)

Студент должен:

1.     На основе предыдущего задания построить структурную схему, используя стандартные обозначения:

• объект — прямоугольник;
• сумматор — круг;
• регулятор — блок;
• обратная связь — линия со стрелкой;
• исполнительный механизм — блок;
• датчик — блок.

2.     Учесть:

o    входное воздействие;

o    возмущения;

o    сигнал обратной связи;

o    управляющее воздействие.

Задание 3. Определение алгоритма управления (15 минут)

Ход работы:

Студенту выдаётся график или описательная модель работы системы:

Пример задания:
«В системе поддержания уровня жидкости используется управление по отклонению: если уровень ниже нормы — клапан открывается, если выше — закрывается. Допускается гистерезис ±2%».

Студент должен:

1.     Определить тип алгоритма:

o    П;

o    ПИ;

o    ПИД;

o    позиционный (двухпозиционный или трёхпозиционный);

o    программный;

o    комбинированный.

2.     Заполнить таблицу:

Задание 4. Разработка алгоритма и блок-схемы работы САУ (15 минут)

Задача:

По заданию преподавателя, например:

«Система автоматического охлаждения двигателя»

Необходимо:

1.     Определить условия включения и отключения охлаждающего вентилятора.

2.     Составить алгоритм работы в виде текста.

3.     Построить блок-схему (диаграмму действий), включив:

o    начало;

o    считывание датчика;

o    сравнение с уставкой;

o    решение условий;

o    действие (включение/выключение привода);

o    конец или возврат к началу.

5. Подведение итогов — 10 минут

• Обсуждение выявленных структур.
• Разбор ошибок построения схем.
• Преподаватель даёт пояснения по алгоритмизации.
• Проверка протоколов, ответы на вопросы.

6. Контрольные вопросы

1.     Что входит в состав функциональной структуры САУ?

2.     Чем отличается структура от алгоритма управления?

3.     В чём суть управления по отклонению?

4.     Какие регуляторы относятся к непрерывным?

5.     Когда используется ПИД-регулирование?

6.     Что такое обратная связь и какую роль она играет?

7.     Как определить тип позиционного регулирования?

8.     Что такое возмущающее воздействие?

7. Критерии оценивания

8. Ожидаемые результаты

По окончании практической работы студент:

• умеет выделять ключевые элементы САУ;
• понимает, как формируется функциональная и алгоритмическая структура управления;
• способен анализировать объект и подбирать алгоритм;
• может составлять структурные и блок-схемы;
• владеет основами проектирования САУ.