Глава 1. Основные понятия теории управления

1.1. Объект управления

Объектом управления называется динамическая система, харак­теристики которой изменяются под влиянием возмущающих и управляющих воздействий. Под управлением понимаются действия, направленные на достижение цели управления, которая как правило заключается в под­держании или улучшении функционирования объекта управ­ления.

В объект управления поступают возмущения (рис. 1.1), отклоняющие выходные параметры объекта от заданных значений. Информация о текущих значениях выходных параметров передается в управ­ляющую систему, где они сравниваются с соответствующими заданными значениями. В результате сравнения вырабатывают­ся управляющие воздействия на объект управле­ния.

Рис. 1.1. Схема управления объектом

Объектами управления могут быть техноло­гические процессы (измельчение, перемешивание, кристаллиза­ция и т. п.), производства (синтетического каучука, сер­ной кислоты, автомобильных шин и т. п.), предприятия (заводы, фабрики) и целые отрасли промышленности (химическая, нефте­перерабатывающая, нефтехимическая и др.). Технологические про­цессы одного типа могут отличаться аппаратурным оформле­нием, свойствами перера­батываемых веществ и т. д. Однако они протека­ют по одним и тем же за­конам и характеризуются аналогичными зависимо­стями между параметрами.

Таблица 1.1

Классы и типы процессов химической тех­нологии

Классы процессов	Тип процесса
Гидромеханические	Перемещение жидкостей и газов, разделение неоднородных систем, перемешивание, очистка газов
Тепловые	Нагревание, охлаждение, выпаривание, кристал­лизация, искусственное охлаждение
Массообменные	Ректификация, абсорбция, адсорбция, сушка, экстракция
Механические	Измельчение, дозирование, сортировка, переме­щение
Химические	Окисление, восстановление, синтез, разложение, нейтрализация, дегидратация, нитрование, алкилирование, поли­меризация, омыление, гидрогенизация, переэтери-фикация, ароматизация, изомеризация, крекинг и др.

Для процессов одного типа, протекающих в аппаратах наибо­лее распространенной конструкции, может быть разработано типовое решение автоматизации, приемлемое для всех разновидностей этих процессов. Типовое решение значительно облегча­ет работу по автоматизации для каждого конкретного случая.

Технологические процессы, осуществляемые на предприятиях химической промышленности, характеризуются большим числом разнообразных параметров. Особенно сложны в этом отношении химические и массообменные процессы. Несмотря на многооб­разие параметров, все они могут быть объединены в три груп­пы: входные, режимные и выходные.

Входные параметры характеризуют материальные и энерге­тические потоки на входе в аппарат (расход сырья, давление греющего пара и т. д.). Режимные параметры дают представление об условиях протекания процесса внутри аппара­та. Значения некоторых параметров могут быть не­одинаковы в разных точках аппарата (напри­мер, в ректификационной колонне давление, температура и со­став продукта меняются по высоте колонны). Такие параметры называют распределенными в отличие от сосредоточенных пара­метров (например, давление в ресивере). Управлять объектами с распределенными параметрами, как правило, сложнее, чем объектами с сосредоточенными параметрами. Выходные параметры характеризуют материальные и энергетические потоки на выходе из аппарата (состав конечного продукта, количество от­ходов и т. д.). Это могут быть также сводные экономические показатели процесса, например себестоимость или затраты на производство конечной продукции.

Совокупность значений всех параметров процесса называют технологическим режимом, а совокупность значений параметров, обеспечивающую решение задачи, поставленной при управлении процессом, – нормальным технологическим режимом. Нормаль­ный технологический режим задают и оформляют в виде техно­логической карты (таблицы). В ней приводят перечень пара­метров, значения которых необходимо поддерживать на опреде­ленном уровне, а также указывают диапазоны значений, в кото­рых изменение этих параметров не вызывают серьезных нару­шений технологического режима. Управление технологическим процессом сводится к поддержанию параметров на уровне, со­ответствующем нормальному технологическому режиму.

Реальные объекты управления в большей или меньшей сте­пени подвергаются возмущающим воздействиям, которые нару­шают нормальный ход процесса в объекте. Различают внешние и внут­ренние возмущающие воздействия.

Внешние возмущающие воздействия проникают в объекты управления извне: вследствие изменения входных параметров, некоторых выходных параметров, а также параметров окру­жающей среды. Изменение любого входного параметра процес­са обязательно приводит к изменению течения процесса в объ­екте. Большинство выходных параметров объекта не влияет на ход про­цесса в объекте, однако изменение некоторых из них может нарушать технологический режим объекта. Так, изменение рас­хода пара, выходящего из ректификационной колонны, отража­ется на давлении в колонне, а изменение расхода остатка – на уровне жидкости в кубе. Возмущения, поступающие в объект уп­равления при изменении параметров окружающей среды, наи­более сильно влияют на технологический режим в случае уста­новки аппаратов под открытым небом.

Внутренние возмущающие воздействия возникают в самом объекте управления, например, при перераспределении насадки в колоннах насадочного типа, загрязнении и коррозии внутренних поверхностей аппарата, изменении активности катализато­ра и т. д.