Технічний коледж


НазваТехнічний коледж
Сторінка7/19
Дата12.03.2013
Розмір2.18 Mb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Фізика > Документи
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   19

Контрольні запитання:

  1. Назвіть основні елементи одноконтурної АСР.

  2. У чому полягає принцип роботи одноконтурної АСР?

  3. Яка основна відмінність перехідних процесів АСР у paзi зміни збурюючого і задавального впливів?

  4. Яка мета одноконтурної АСР витрати?

  5. Що є об'єктом регулювання в одноконтурній АСР витрати?

  6. Опишіть принцип її роботи.

  7. Які регулятори, як правило, не використовують в одноконтурних АСР витрати і чому?

  8. Який принцип роботи АСР стабілізації рівня?

  9. Назвіть основні особливостей регулювання температури продукту на виході кожухотрубного теплообмінника.

  10. Назвіть основні збурення АСР стабілізації температури теплообмінника.

  11. Що відносять до особливих аспектів регулювання концентрації?


Тема №4 БАГАТОКОНТУРНІ СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ
4.1 Комбіновані АСР
Комбіновані системи регулювання використовують при автоматизації об’єктів, на які діють істотні контролюючі збурення. Їх можна побудувати подаванням коректуючого сигналу на вхід як регулятора, так і виконавчого механізму (рис. 4.1).


а б

Рис. 4.1. Структурні схеми комбінованої АСР у разі подавання коректуючого сигналу на вхід: а – регулятора; б – виконавчого механізму; Wк – передаточна функція компенсатора

Впровадження коректуючого імпульсу за найсильнішим збуренням дає істотне зниження динамічної помилки регулювання за умови правильного вибору та розрахунку динамічного пристрою, який формує закон зміни цього впливу.

Основою розрахунку подібних систем є принцип інваріантності. Суть цього принципу полягає в наступному: відхилення вихідної координати системи регулювання від заданого значення має тотожно дорівнювати нулю в разі будь-яких задавальних або збурюючих впливів. Для виконання принципу інваріантності необхідні дві умови: ідеальна компенсація всіх збурюючи впливів та ідеальне відтворення сигналу завдання. Очевидно, що досягти абсолютної інваріантності в реальних системах регулювання практично неможливо. Звичайно обмежуються частинною інваріантністю відносно найнебезпечніших впливів. Розглянемо умови інваріантності розімкненої комбінованої систем регулювання відносно одного збурюючого впливу.

Як правило, дослідження комбінованих АСР виконують за каналами збурення (Z → Y).
4.1.1 Умови інваріантності
Розглянемо умови інваріантності розімкненої системи (рис.4.2.): Y(t) = 0.


Рис. 4.2. Структурна схема розімкненої АСР
Вважаємо, що u = cоnst, а збурюючий сигнал Z діє на вихідну координату Y двома шляхами – по каналах Z →Y або Z →X→ Y . В операторній формі рівняння для вихідного сигналу має вигляд:
Y(s) = Z(s)[Wz(s)+W1(s)W2(s)W3(s)W4(s)5Wк(s)]=0 /4.1/

За наявності збурення Z(s) 0 умова інваріантності /4.1/ виконується, якщо:
Wz(s)+ W1(s)W2(s)W3(s)W4(s)Wк(s)=0
З /4.1/ можна знайти передаточну функцію, яку повинен мати компенсатор, щоб виконувалась умова інваріантності:
/4.2/

Таким чином, щоб забезпечити інваріантність системи регулювання відносно якого-небудь збурення необхідно встановити динамічний компенсатор, передаточна функція якого дорівнює відношенню передаточної функції об’єкта по каналу збурення до передаточної функції еквівалентного об’єкту, взятого з протилежним знаком.

Якщо компенсуючий сигнал надходить на вхід виконавчого механізму, то умова інваріантності набере вигляду
Wz(s)+W2(s)W3(s)W4(s)Wк(s)=0 /4.3/

Одержимо умови інваріантності для комбінованої АСР, якщо компенсуючий сигнал надходить на вхід регулятора (див. рис. 4.1, а). У цьому разі передаточна функція комбінованої системи регулювання по каналу Z →Y набере вигляду:

/4.4/

Умова інваріантності комбінованої системи полягає в тому, що чисельник передаточної функції має дорівнювати нулю. Таким чином, у разі ввімкнення виходу компенсатора на вхід регулятора передаточна функція компенсатора, одержана з умови інваріантності, залежатиме від характеристик не лише об’єкта, а й регулятора.
4.1.2 Умови фізичної реалізованості інваріантних АСР

Однією з основних проблем, що виникають у процесі побудови інваріантних систем регулювання, є їх фізична реалізація, тобто, реалізація компенсатора, яка відповідає вимогам.

Структура динамічного компенсатора повністю визначається співвідношенням динамічних характеристик об’єкта по каналах збурення та регулювання і може бути досить складною або навіть фізично нездійсненною.

«Ідеальні» компенсатори фізично неможливо реалізувати у двох випадках:

1. Якщо час чистого запізнення по каналу регулювання більший, ніж по каналу збурення. У цьому разі ідеальний компенсатор повинен мати ланку випередження.

2. Якщо в передаточній функції компенсатора степінь полінома в чисельнику перевищує степінь полінома в знаменнику. У цьому разі компенсатор повинен мати ідеальну диференціальну ланку.

/4.5/

де m і n – найбільший степінь полінома відповідно чисельника та знаменника передаточної функції.

Таким чином, умовою фізичної реалізованості інваріантної АСР є нерівність:



4.1.3 Технічна реалізація інваріантних АСР
При практичній реалізації розімкнених і комбінованих АСР звичайно добиваються наближеної інваріантності системи відносно прийнятого збурення в найнебезпечнішому діапазоні частот. При цьому реальний компенсатор вибирають із таких ланок, які можна найлегше реалізувати. Параметри таких динамічних ланок розраховують з умови, щоб частотні характеристики ідеального Wки(jω) та реального Wкр(jω) компенсаторів перебували приблизно в одному і тому самому діапазоні. Отже, має виконуватись рівність:
Wки(jω)~ Wкр(jω) при ωн≤ω≥ωв, /4.6/
де ωн, ωв - значення частоти відповідно нижнє та верхнє. При цьому умова наближеної інваріантності має вигляд:
‌│Υ(jω)~ 0, ωн≤ω≥ωв, /4.7/

у розімкненій АСР:
Υ(jω)│= │Z(jω)│ │Wрс(jω)│, /4.8/

а в комбінованій системі регулювання:
Υ(jω)│= │Z(jω)│ │Wрс(jω) W3(jω)│, /4.9/
де Wрс(jω), W3(jω) - передаточні функції АСР відповідно розімкненої та замкненої.

Комбіновану АСР можна розглядати як двохступінчатий фільтр для сигналу збурення. Характерною особливістю замкненої системи регулювання є наявність піка на амплітудно-частотній характеристиці (АЧХ) на робочій частоті ωр, навколо якої він має найгірші фільтруючі властивості (рис. 4.3). тому найчастіше умови наближеної інваріантності для комбінованих АСР записують для двох частот: ω= 0 та ω= ωр. При цьому компенсація збурення на нульовій частоті забезпечує інваріантність системи в усталених режимах, якщо А(jω)≠0 при ω= 0 (наприклад, у разі використання П-регулятора) або якщо Z(jω)→ ∞ при ω= 0.
А(jω) А(jω)











1 1





ωc ω ωc ω

б a

Рис. 4.3. АЧХ замкненої АСР з регулятором: а – П; б – ПІ
Вибір структури частот реального компенсатора визначається частотними характеристиками ідеального компенсатора в діапазоні частот [0, ωр]. Звичайно компенсатори вибирають як комбінацію найпростіших лінійних ланок: аперіодичної першого порядку та реальної диференціюючої (табл. 4.1).

Таким чином, розрахунок комбінованої частково інваріантності АСР складається з таких етапів:

  • розрахунок настроювань регулятора та визначення робочої частоти в одноконтурній системі регулювання;

  • одержання передаточної функції ідеального компенсатора з умови інваріантності та аналіз його реалізованості;

  • вибір реального компенсатора та визначення його параметрів з умови наближеної інваріантності в найістотнішому для системи діапазоні частот.



Таблиця 4.1

Динамічні характеристики типових компенсаторів


Тип компенсатора

Частотні характеристики

1. Аперіодична ланка першого порядку

W(s)= ; А(ω)= ;

- arctg(Tω)

2. Реальна диференціююча ланка

W(s)= ; А(ω)= ;

- arctg(Tω)

3. Інтегро-диференціююча ланка

W(s)= К; А(ω)= К;

arctg(T1ω)- arctg(T 2ω)

4. Неміні-

мально-фазова ланка

W(s)= К; А(ω)= К; - 2arctg(Tω)



4.2 Каскадні системи регулювання
Якість роботи системи регулювання визначається властивостями об’єкта, характеристиками регулятора, а також точкою прикладання та величиною збурення. Іноді якість простої одноконтурної системи регулювання можна істотно підвищити за допомогою порівняно незначних удосконалень, таких як зменшення запізнення або однієї з менших сталих часу, використання позиціонера для покращення роботи виконавчого механізму, уведення в регулятор додаткового впливу за похідною (диференціальну складову). Якщо після цього якість системи регулювання залишається незадовільною, то необхідно розглянути можливість використання складніших систем регулювання.

Однин із шляхів покращення роботи системи полягає у використанні додаткових регуляторів. Найкращим способом використання відхилень вихідної координати є побудова схеми каскадного регулятора. Вихід основного (зовнішнього) регулятора використовується для формування та зміни завдання допоміжного (внутрішнього) регулятора, який безпосередньо діє на виконавчий механізм регулюючого органу. Головна перевага каскадного регулювання полягає в поліпшенні якості роботи системи при будь-яких збуреннях за навантаженістю, а також при великій інерційності об’єкта за каналом регулювання. Якщо збурення прикладені до входу об’єкта, то допоміжний регулятор починає виконувати регулюючий вплив ще до того, як на виході системи з’явиться яке-небудь відхилення; похибка при цьому може бути зменшена до 10-100 разів порівняно з одноконтурним регулюванням.

Каскадні АСР широко використовують для регулювання технологічних процесів, наприклад, температури, рівня, концентрації. У більшості випадків внутрішнім є контури стабілізації витрати матеріального чи енергетичного потоку.

Каскадні АСР належать до багатоконтурних систем регулювання. Найчастіше використовують дво- або триконтурні системи регулювання. На рис. 4.4. показано структурну схему двоконтурної каскадної системи регулювання:


Рис. 4.4. Структурна схема каскадної АСР
Внутрішній контур складається з регулятора R2, який є допоміжним, BM, об’єкта регулювання OP1, перетворювачів вимірювального ВП1 та проміжного ПП1. Задання для регулятора R2 формуються основним регулятором R1 зовнішнього контура (коректуючого), який складається з вимірювального ВП2 та проміжних ПП2 і ПП3 перетворювачів.

Закони регулювання вибирають залежно від призначення регуляторів. Для підтримання основної координати на заданому значенні без статичної помилки закон регулювання основного регулятора має містити інтегральну складову, тобто, слід використовувати регулятор ПІ або ПІД. Від допоміжного регулятора потрібна, насамперед, швидкодія, тому він може мати будь-який закон регулювання, навіть пропорційний як найпростіший і достатньо швидкодіючий.

Якщо внутрішній контур каскадної АСР позначити , то формально одержимо одноконтурну систему регулювання з передаточною функцією по каналу регулювання:
W(s)= , /4.10/
а по каналу Y:

(s)=, /4.11/
де передаточна функція внутрішнього контура по каналу регулювання:
(s)= , /4.12/
а по каналу :
(s)= , /4.13/
де = ; = - передаточні функції об’єктів по каналах збурення, які містять також ланку чистого запізнення.

Розрахунок каскадних АСР передбачає запізнення настроювань регуляторів (основного та допоміжного) при заданих динамічних характеристиках об’єктів OP1 та OP2, а також виконавчого механізму, вимірювальних перетворювачів та інших засобів автоматизації. Оскільки настроювання основного та допоміжного регуляторів взаємопов’язані, їх розрахунки виконують методом ітерацій. Спочатку треба визначити параметри настроювання внутрішнього регулятора. Для цього необхідно розімкнути зовнішній контур на вході вимірювального перетворювача ВП2 і визначити параметри настроювання регулятора R2 як для одноконтурної АСР. У розрахунку настроювань регулятора R1 внутрішній контур замінюють еквівалентною передаточною функцією (показано пунктиром на рис.3.9). У цьому разі каскадна АСР перетворюється на одноконтурну, для якої знаходять параметри настроювання регулятора R1. Потім розрахунок продовжують у такій послідовності:


  • розраховують перехідний процес каскадної АСР і визначають параметри його якості;

  • у разі незадовільної якості перехідного процесу змінюють у той чи інший бік настроювання регулятора R2;

  • знову розраховують перехідний процес і визначають його якість;

  • якщо якість перехідного процесу не задовільняє вимоги, то знову змінюють настроювання регулятора R1 і так доти, доки якість перехідного процесу не відповідатиме певним вимогам.


У розрахунку каскадної АСР необхідно враховувати, що система регулювання в цілому може бути стійкою навіть у разі нестійкого внутрішнього контура. Але такого стану слід уникати, через те, що зовнішній контур іноді переводять на ручне керування. Для внутрішнього контура найдоцільніше використовувати П-регулятор з високим коефіцієнтом передачі. Невелика залишкова нерівномірність у разі зміни навантаження в результаті компенсується основним регулятором. Інтегральна складова у внутрішньому контурі виправдана, якщо внутрішній контур має невеликий коефіцієнт підсилення, що часто має місце при регулюванні витрат.

У процесі розробки каскадної системи потрібно намагатися уникати нелінійностей, які виникають у результаті великих сигналів у внутрішньому контурі. При дуже великому коефіцієнті підсилення регулятора R2 зміна якогось збурення або керуючого сигналу від основного регулятора спричиняє перенасичення допоміжного регулятора, що призводить до переміщення регулюючого органу в крайнє положення. Іноді система при цьому залишається стійкою, але перехідні процеси в ній гірші, ніж в одноконтурних АСР.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   19

Схожі:

Тема. Поняття про технічний рисунок, креслення
Мета: сформувати уміння та навички виконувати технічний рисунок, креслення у масштабі; ознайомити учнів з типами ліній і умовних...
М. Дніпропетровськ Дніпропетровський університет економіки та права...
...
ТЕХНІЧНИЙ РЕГЛАМЕНТ
Цей Технічний регламент розроблений з урахуванням вимог Директиви Ради Європи від 29 травня 1997 р. №97/23/ЄС про обладнання, що...
ПРАВИЛА ПРИЙОМУ до Державного вищого навчального закладу «Нововолинський...
Провадження освітньої діяльності у Державному вищому навчальному закладі “Нововолинський електромеханічний коледж” здійснюється відповідно...
Державний вищий навчальний заклад «Куп’янський автотранспортний коледж»...
Комунальний заклад охорони здоров′я ″ Ізюмський медичний коледж″ 64300, м. Ізюм, вул. Старопоштова, 41 0-5743 2-12-46
Додаток 8 до правил прийому в ДВНЗ «Нововолинський електромеханічний...
Прізвище, ім'я, по батькові вступника у сертифікатах зовнішнього незалежного оцінювання різних років повинно збігатися з прізвищем,...
Технічний регламент «Вимоги щодо виробництва молока та молочних продуктів» Загальні положення
Цей Технічний регламент визначає обов’язкові вимоги до молочної продукції та процесів її виробництва, у тому числі, стосовно інформації,...
К. М. Ситника Допущено Міністерством освіти і науки України
Рецензенти: д-р техн наук, проф. /. М. Астрелін (Національний технічний університет України «КПІ»), д-р техн наук, проф. О. Я. Лобойко...
РІВНЕНСЬКИЙ ЕКОНОМІКО ГУМАНІТАРНИЙ ТА ІНЖЕНЕРНИЙ КОЛЕДЖ

ВП «Коледж технологій та дизайну Луганського національного університету...
ВП «Коледж технологій та дизайну Луганського національного університету імені Тараса Шевченка»
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка