Рис. 4.3. Спрощена ФСА регулювання співвідношення “паливо-повітря ”.
1 - паленище котла; 2 - регулятор співвідношення; ,  - витрати газу та повітря відповідно; РО - регулюючий клапан; FE - первинні перетворювачі витрати .
Для раціонального спалювання газу подають певну кількість повітря. Між витратою газу і витратою повітря підтримується певне співвідношення  = , де - певне число. Регулятор 2 відпрацьовує певне співвідношення між  та і у відповідності зі зміною змінюється витрата . Витрата є незалежною (ведучою), а витрата змінюється при зміні. Регулятор 2, як правило, реалізує ПІ-закон регулювання і його параметри настройки вибираються у відповідності з динамічними властивостями ОВГ і ОВП. Структурна схема системи регулювання співвідношення – “паливо-повітря” показана на рис. 4.4. на цій схемі співвідношення встановлюється блоком , який може змінювати у широких межах. Регулятор АР змінює ступінь відкриття регулюючого органу, що приводить до зміни вільного перерізу  і витрати . Витрата змінюється довільно у залежності від зміни зовнішнього збурення котлоагрегату, тобто при зміні витрати пари.
Часто у технологічних процесах виникає необхідність приготування газових, або рідинних сумішей з двох або більше компонентів з високою точністю. Одна із таких можливих схем показана на рис. 4.5. Схема дає можливість приготувати певну кількість суміші. Регулятор 1 стабілізує витрату  .
FE
FE
FE
FC
QC
FFC
2
4
1
3
4
4
Рис. 4.5. Спрощена ФСА приготування газової двокомпонентної суміші з корекцією співвідношення по компоненті B .
1 - регулятор витрати суміші ; 2 - регулятор співвідношення витрат : ; 3 - коректуючий регулятор співвідношення по компоненту B; 4 - первинні перетворювачі витрати .
Регулятор 2 підтримує певне співвідношення між витратою  і  .
Коли значення концентрації  відхиляється від заданого значення, то регулятор 3 коректує співвідношення між та , тим самим повертаючи значення концентрації до заданого значення. Аналогічні схеми можуть бути реалізовані і для трьохкомпонентної суміші, але важливим фактором є те, щоб витрата одного із компонентів була більшою.
4.3. Системи регулювання із взаємопов’язаними параметрами.
АР1
АР12
АР2
АР21
Рис. 4.6. Структурна схема САР об’єкту з взаємозв’язаними параметрами;
АР1, АР2 - регулятори та ; АР12, АР21 - компенсатори впливу і .
У багатьох технологічних об’єктах одні і ті ж параметри можуть впливати відразу на декілька інших параметрів. Прикладом такого об’єкту може служити ректифікаційна колона у якій при зміні витрати живлення змінюється склад дистиляту, склад кубового залишку, рівні відповідно у кубі та флегмовій ємності, тиск та температура по колоні. Зміна витрати гріючої пари приводить до зміни тих самих параметрів. Схеми регулювання таких об’єктів повинні враховувати взаємовплив між параметрами. На рис. 4.6 приведено структурну схему САР об’єкту із взаємопов’язаними параметрами. У даній схемі використані локальні регулятори АР1 і АР2, які стабілізують параметри  і  . Вихід цих регуляторів подається на вхід компенсаторів АР21 і АР12, які вносять необхідні зміни у вхідні параметри  та  , з таким розрахунком, щоб скомпенсувати взаємний вплив параметрів при нестабільній роботі об’єкту. Такими об’єктами надзвичайно складно керувати, оскільки врахувати всі фактори впливу у складних динамічних об’єктах неможливо. У відповідних розділах будуть розглянуті системи автоматичного регулювання (САР) різних об’єктів зі складними внутрішніми зв’язками.
FFC
2
LC
FE
FE
1
3
3
L
4.4. Комбіновані системи регулювання.
Рис. 4.7. Спрощена ФСА живлення барабанного котлоагрегату .
1 - регулятор рівня; 2 - регулятор співвідношення  :; 3 - первинні перетворювачі витрати , ; , - витрата пари та газу відповідно.
Для стабілізації роботи технологічних апаратів широке застосування знайшли САР за збуренням. У деяких випадках такі системи дають цілком задовільні результати. Але для складних об’єктів, особливо для нелінійних, такі САР майже не застосовують, оскільки регульована величина непрямим методом регулювання може значно відхилятись від оптимального значення внаслідок таких причин:
1) неточності вимірювання поточних значень навантаження та регулюючих дій;
2) наявності похибок у роботі окремих складових контурів;
3) неповним врахуванням всіх факторі технологічного процесу;
4) нелінійності параметрів та характеристик об’єкту керування.
Враховуючи це у більшості випадків використовують комбіновані системи регулювання. Для прикладу розглянемо систему регулювання рівня у барабані котла, який працює у регулюючому режимі (рис. 4.7). при зміні витрати пари регулятор 2 автоматично змінює витрату живильної води  до тих пір, поки = внаслідок чого матеріальна рівновага у барабані котла відновиться. Регулятор 2 реагує як на зовнішнє збурення за відбором пари , так і на збурення . Цей регулятор реалізує рівняння матеріального балансу у системі, тому рівень L у барабані котла змінюється повільно. Обидва контури витрати та є швидкодіючими, але контур регулювання є дещо інерційним. У випадку відхилення рівня L від заданого значення  регулятор 1 коректує роботу регулятора 2 у напрямку виконання умов: =і L=.
Комбіновані системи САР характерні можливістю швидко реагувати на зовнішні збурення, ще до зміни основної регульованої величини.
Ці системи значно складніші від одноконтурних САР, але враховуючи широкі можливості комп’ютерної техніки вони все ширше впроваджуються у практику сучасних систем автоматизації.
4.5. Адаптивні системи регулювання.
До адаптивних систем регулювання відносять системи, у яких параметри настройки автоматично змінюються при зміні параметрів об’єктів регулювання. У таких системах крім заданого значення регульованого параметру, необхідно знати так звану “об’єктивну функцію” регульованої змінної, яка ї є основною для визначення характеру необхідної адаптації. Об’єктивною функцією може бути ступінь заникання регульованої величини, або інші величини чи залежності. У цьому випадку система матиме два контури регулювання, один з яких керує регульованою величиною, а другий – ступінню заникання. Інколи такі системи називають динамічними адаптивними системами регулювання.
Адаптивні системи регулювання відрізняються за механізмом введення адаптації. Якщо відомо, що при зміні параметрів настройки, пов’язаних зі змінними процесами, змінюються його властивості, то адаптацію називають програмною. Але коли необхідно, щоб основний регульований параметр керувався поточним значенням об’єктивної функції, адаптацію вводять у контур зворотного зв’язку і систему називають самопристосувальною.
У динамічних адаптивних системах об’єктивною функцією регульованого параметра є динамічний коефіцієнт передачі контуру. При заміні властивостей об’єкта коефіцієнт передачі контуру може змінюватися, в одних випадках ця зміна може бути нелінійна, в інших випадках може залежати від періоду коливань контуру. Але незалежно від дії механізму заникання контуру можна відповідною настройкою динамічного коефіцієнта передачі регулятора повернути динамічний коефіцієнт передачі регулятора до його початкового значення. Це означає, що коливальність процесу залишиться розрахунковою.
На практиці не завжди можна простими прийомами (пристроями) уникнути нелінійності. Це як правило може бути у таких випадках:
1) джерело змін коефіцієнта передачі знаходиться поза контуром регулювання;
2) необхідна компенсаційна функція залежить від декількох змінних;
3) коефіцієнт передачі об’єкту змінюється у часі;
4) визначальні параметри процесу важко контрольовані.
Для прикладу розглянемо систему регулювання теплообмінника у якому основним збурюючим фактором є зміна витрати нагріваючої рідини [ ]
|