Определение параметров натсройки.

 

Наиболее сложная проблема заключается в расчете оптимальных параметров настройки регуляторов. К настоящему времени разрабо­тано большое количество методов, основанных на использовании орга­низованного поиска, расчетных формул и графиков, с помощью методов оптимизации и т. д. Для упрощения расчетов созданы пакеты приклад­ных программ, позволяющие автоматизировать процедуры расчета па­раметров настройки, построения переходных процессов в одноконтур­ных и неодноконтурных АСР, анализа качества переходного процесса и т. д.

Наиболее просты в применении расчетные формулы и графики. Рассмотрим в качестве примера один из вариантов.

Динамические свойства объекта регулирования с самовыравнива­нием представляются в виде дифференциального уравнения первого порядка с запаздывающим аргументом:

где Т - постоянная времени; к - коэффициент усиления; τ₀ - время

запаздывания.

Параметры модели к,Т,τ₀ находят в результате аппроксимации пе­реходной функции решением дифференциального уравнения первого по­рядка с запаздывающим аргументом (см. рис. 8.49). Для этого проводят касательную через точку перегиба переходной функции до пересечения с осью абсцисс и установившимся значением переходной функции.

Только три параметра модели определяют свойства объекта. Это позволяет по экспериментально построенным формулам рассчитывать параметры настройки регулятора одноконтурной АСР:

В результате расчета получим параметры настройки регулятора, обеспечивающие близкий к заданному запас устойчивости одноконтур­ной системы ψ = 0,9. Проверка результатов расчета производится пу­тем построения переходного процесса в системе с помощью ПЭВМ. При необходимости параметры настройки корректируются, полагая, что полученные в результате расчета значения находятся в околоопти­мальной области.

Для решения задачи четвертой итерации следует сначала проана­лизировать структуру объекта, выбрать и построить неодноконтурную систему регулирования или систему с использованием дополни­тельной информации.Одноконтурные АСР не могут удовлетворить требованиям технологического регламента в тех случаях, когда объект обладает большим запаздыванием и большой инерционностью. Тогда в регулятор вводится дополнительная информация о возмущениях или об изменении специально подобранных величин.

 

Каскадные системы применяются для регулирования инерцион­ных объектов с запаздыванием по каналу регулирования, если имеется возможность выбрать дополнительную, менее инерционную, промежу­точную величину у₁ (см. рис. 8.50), которую можно стабилизировать

основным регулирующим воздействием. Основной (корректирующий) регулятор W_р (p) предназначен для поддержания основного парамет­ра у на заданном значении. Его выходной сигнал х_р служит заданием для вспомогательного (стабилизирующего) регулятора W_{р 1}(p), кото­рый должен обеспечивать быстродействие вспомогательного контура регулирования, за счет чего и достигается более высокое качество пере­ходного процесса по сравнению с одноконтурной системой. Положи­тельной стороной каскадных систем является тот факт, что в контурах используются стандартные регуляторы. Наиболее часто в качестве ста­билизирующего выбирают П-регулятор, а в качестве корректирующего выбирают ПИ- или ПИД-регулятор. В случае необходимости число кон­туров регулирования может быть увеличено до трех.

В системах с компенсацией возмущений (рис. 8.51) повышение качества процесса регулирования достигается за счет использования информации о внешнем возмущении.

Из множества внешних возмущений выбирается возмущение x_в,

наиболее сильно влияющее на качество переходного процесса. Это воз-мущение измеряется с помощью первичного преобразователя и переда-ется на динамическое устройство – компенсатор W_к(p), формирующее воздействие x_к с учетом динамических свойств одноконтурной системы и объекта по каналу возмущения W_ов(p). Таким образом корректируется с упреждением во времени задание регулятору W_р(p) , чтобы компенси-

ровать влияние возмущения на регулируемый параметр y , не

дожидаясь его изменения. Сте-пень компенсации влияния возмущения зависит от воз-можности физической реализа-ции динамической структуры компенсатора, определяемой из

условия неполной инвариант-ности выходного сигнала от-носительно возмущения.

Как правило, идеальный компенсатор реализовать не удается из-за невозможности выполнения условия физической реализуемости. Обыч-но в качестве компенсаторов используют типовые звенья (апериодиче-ское первого порядка и реальное дифференцирующее) или их комбина-цию, поэтому при использовании реального компенсатора достигается частичная компенсация влияния возмущения, приводящая к улучшению качества переходного процесса.

Для улучшения качества процесса регулирования объектов с распределенными параметрами в регулятор вводится дополнительная информация о скорости изменения промежуточного параметра – АСР с вводом сигнала по производной от промежуточной величины.

Правильно выбранный сигнал из промежуточной точки y₁ таких объектов обладает меньшей инерционностью, чем на выходе y . Чтобы обеспечить равенство выходной величины и задания в установившемся режиме, дополнительный сигнал x_д (рис. 8.52) в установившемся режиме

должен быть равным нулю. Для этого промежуточный сигнал y₁ пропускается через реальное дифференцирующее

и то гда сигнал x_д существует

только при изменении пара­метра y ₁.

 

Системы связанного регулирования используются для стабилизации выходных параметров объектов с взаи­мосвязанными параметрами (рис. 8.53). Если перекрест­ные связи между параметра­ми слабые и ими можно пре­небречь [W12(p)≈0 и

W₂1(p)≈0], то строятся две

независимые одноконтурные системы регулирования вы­ходных параметров y ₁ и y₂.

При наличии существенных перекрестных связей параметров объекта добиться устойчивой работы независимых систем невозможно, так как при выходе из равновесия одной системы приходит в движение вторая система, которая будет воздействовать на первую, и т. д. Говорят, что системы раскачивают друг друга, делая их неустойчивыми.

 

Проблема решается с помощью условий автономности и физиче­ской реализуемости.Они дают возможность построить и реализовать динамическую структуру дополнительных устройств W_д12(p) и W_д21(p)

так, чтобы можно было компенсировать влияние перекрестных связей параметров объекта, что сделало бы одноконтурные АСР независимыми. Использование в качестве дополнительных устройств типовых звеньев

ограничивает возможность выполнения условий автономности, поэтому полной независимости контуров регулирования добиться не удается, но

обеспечивается устойчивая работа системы связанного регулирования в целом.

Системы регулирования соотношения двух параметров используются для поддержания регулируемого параметра в некотором соотношении с другим параметром (рис. 8.54).

Рассмотрим построение системы регулирования со-отношения на примере испарительной установки.

В установку подается поток испаряемой жидкости G₁ и поток пара G₂, соотношение которых должно быть определенным, т. е. (G₁ /G₂) = k . Поступающее в испаритель тепло должно обеспечивать испарение всей жидкости, сохраняя материальный баланс, который оценивается по уровню жидкости в испарителе. Регулятор соотношения W_р(p) сравнивает текущее значение соотношения потоков и изменяет

поток пара G₂ так, чтобы поддерживать их соотношение в соответствии с заданным значением k = const . Однако заданное соотношение расходов жидкости и пара может оставаться постоянным, если уровень возмущений, действующих на объект, достаточно низкий. При изменении расхода или температуры испаряемой жидкости будет изменяться интенсивность испарения, что скажется на изменении уровня жидкости в аппарате из-за нарушения материального баланса. В этом случае со-отношение расходов жидкости пара в испаритель должно корректиро-ваться регулятором W_к(p) по третьему параметру y – уровню жидко-

сти в испарителе [ k = f (y)].