Kaskádové automatické řídicí systémy (ASR). Kaskádový PID regulátor teploty v chladiči zpětného toku reaktoru Příklad systému kaskádového řízení

Upozorňujeme, že záruka výrobce je platná pouze v případě, že instalaci a uvedení do provozu provedl pracovník specializované organizace certifikované závodem Protherm. Přítomnost certifikátu Protherm zároveň nevylučuje potřebu dodatečné certifikace personálu specializované organizace v souladu s legislativními a regulačními akty platnými na území Ruské federace týkajícími se rozsahu činnosti tato organizace.

Plnění záručních povinností stanovených platnou legislativou v regionu, kde bylo zařízení Protherm instalováno, provádí prodejce vašeho zařízení nebo s ním spojená organizace, oprávněná zvláštní dohodou k provádění záručních i pozáručních oprav produktů Protherm. . Opravy může provádět i organizace, která je autorizovaným servisním střediskem Protherm.

Firma provádějící záruční či pozáruční opravy zařízení Protherm v záruční době bezplatně odstraní všechny jí zjištěné nedostatky, které vznikly vinou výrobce. Konkrétní záruční podmínky a délka záruční doby jsou stanoveny a dokumentovány při prodeji a uvedení zařízení do provozu. Věnujte prosím pozornost nutnosti vyplnit sekci „Informace o prodeji“, která obsahuje sériové číslo zařízení, prodejní značky a odpovídající pečetě, data prodeje a podpis prodejce v záručních listech umístěných na zadní straně pasu produktu .

Záruka výrobce se nevztahuje na výrobky, jejichž nefunkčnost je způsobena poškozením při přepravě, porušením přepravních a skladovacích pravidel, používáním nemrznoucích chladicích kapalin, znečištěním jakéhokoli druhu, včetně solí tvrdosti, zamrznutím vody, neodbornou instalací a/nebo uvedením do provozu, nedodržení návodu k obsluze instalace a provozu zařízení a příslušenství a další důvody mimo kontrolu výrobce, jakož i instalace a údržba zařízení.

Stanovená životnost se počítá od okamžiku uvedení do provozu a je uvedena v dokumentaci přiložené ke konkrétnímu produktu.

Závod Protherm garantuje možnost nákupu jakýchkoliv náhradních dílů na tento výrobek po dobu minimálně 8 let po jeho ukončení.

Pro zařízení a příslušenství Protherm stanoví výrobce záruční dobu 2 roky od data uvedení do provozu, maximálně však 2,5 roku od data prodeje konečnému spotřebiteli.
Záruka na náhradní díly je 6 měsíců od data maloobchodního prodeje za předpokladu, že náhradní díly montuje certifikovaný specialista Protherm.

V případě částečné nebo úplné absence dokladů potvrzených informací o prodeji a/nebo uvedení do provozu, počítá se záruční doba od data výroby zařízení. Sériové číslo produktu obsahuje informaci o datu výroby: čísla 3 a 4 - rok výroby, čísla 5 a 6 - týden roku výroby.

Organizace, která je autorizovaným servisním střediskem Protherm, má právo odmítnout záruční opravu koncovému spotřebiteli u zařízení objednaného třetí stranou, pokud odborník z autorizovaného servisního střediska zjistí výše uvedené důvody, které vylučují záruku výrobce.

Obr. 1. Struktura kaskádového PID regulátoru teploty v plášti reaktoru

Obr.2. Struktura kaskádového PID regulátoru teploty v chladiči zpětného toku reaktoru

1. Regulátory

Obecné body

– Řídicí subsystém se skládá ze čtyř PID regulátorů, které tvoří dvě regulační kaskády (obr. 1., obr. 2.);

– Ovládání nadřízených a podřízených regulátorů (změna provozního režimu a nastavení) je povoleno vždy, bez ohledu na to, zda je reaktor v provozu či nikoli, a to jak z mnemotechnického schématu „Stav instalace“, tak z oken regulátoru;

Redundance regulátoru

– Pro zvýšení spolehlivosti systém poskytuje redundantní regulátory. Hlavní je softwarový ovladač, záložní je hardwarový (SIPART DR22).

– Změna koeficientů hardwarového ovladače (přenosový koeficient, integrační časová konstanta a derivační časová konstanta) v souladu s nastavením softwarového ovladače se provádí kliknutím na tlačítko "Použít" v okně nastavení softwarového ovladače;

Struktura softwarového řadiče

Struktura softwarového ovladače je znázorněna na obr.1, obr.2.

Ovládání regulátoru

– Všechny čtyři regulátory reaktoru jsou ovládány z oken regulátoru nebo z mimického diagramu „Stav instalace“. Vzhled oken je na obr. 1., obr. 2.

– Pro každý ze čtyř reaktorových regulátorů existuje samostatné okno, které má dvě podoby: hlavní je „okno ovládání regulátoru“ a pomocné je „okno nastavení regulátoru“. Přepínání mezi těmito formuláři se provádí pomocí tlačítek nebo v pravé horní části oken.

– Stisknutím tlačítka „RAMP“ (dostupné pouze na okně předního regulátoru chladničky) se otevře okno nastavení rampy a ovládání (viz obr. 2.).

– Vlastní rampa je lineární změnou referenční teploty z hodnoty „Počáteční hodnota“ na hodnotu „Konečná hodnota“ během „Doby přechodu“;

– Okno nastavení a ovládání rampy je navrženo tak, aby sledovalo průběh rampy a také poskytuje operátorovi možnost ovládat rampu;

– Ve výchozím stavu, kdy je rampa neaktivní, je stisknuto tlačítko „Stop“, tlačítka „Start“ a „Pauza“ jsou uvolněna, tlačítko „Pauza“ je nepřístupné, „Konečná hodnota“ a „Čas přechodu“ pole „Počáteční hodnota“ zobrazuje aktuální hodnotu teploty, v polích „Uplynulý čas“ a „Zbývající čas“ nula;

– Když je rampa aktivní, tlačítka „Stop“ a „Pauza“ jsou uvolněna, tlačítko „Start“ je stisknuto, tlačítko „Pauza“ je dostupné, všechna pole jsou nedostupná pro zadání.

Pole "Počáteční hodnota" zobrazuje hodnotu teploty, od které začala plynulá změna nastavení regulátoru po stisknutí tlačítka "Start" nebo spuštění rampového systému.

Pole End Value zobrazuje referenční hodnotu regulátoru, která bude nastavena po dokončení rampy.

Pole "Transition Time" zobrazuje celkový čas rampy, pole "Elapsed Time" zobrazuje uplynulý čas rampy a pole "Remaining Time" zobrazuje zbývající čas rampy;

– Po uplynutí času „Transition time“ se nastavení regulátoru rovná hodnotě „Final value“, vstupní pole a tlačítka se vrátí do výchozího stavu;

Provedení rampy operátorem

– Systém má schopnost provést rampu na příkaz operátora s nastavením určeným operátorem;

– Před spuštěním rampy operátor zadá požadované hodnoty do polí „Koncová hodnota“ a „Čas přechodu“;

– Od začátku polymerační fáze až do začátku prvního plánovaného dodatečného dávkování vody je operátorovi v poli „Konečná hodnota“ zakázáno zadat hodnotu vyšší, než je aktuální teplota v reaktoru.

Pokud je reaktor v provozu, před zahájením polymerační fáze a od okamžiku zahájení prvního plánovaného dodatečného dávkování vody nejsou vstupní pole v nastavení rampy a ovládacím okně operátorovi k dispozici, tlačítka ovládání rampy nejsou operátorovi k dispozici ke stisknutí.

Pokud reaktor není v provozu, vstupní pole v nastavení rampy a ovládacím okně jsou k dispozici pro zadání operátorem, ovládací tlačítka rampy jsou k dispozici pro stisknutí operátorem;

– Pro spuštění rampy obsluha stiskne tlačítko „Start“ a současně stiskne tlačítko „Stop“;

– Během rampy výstupní pole „Počáteční hodnota“ zobrazuje hodnotu teploty, od které začala plynulá změna nastavení regulátoru po stisknutí tlačítka „Start“;

– Pokud během rampy potřebujete změnit její parametry (konečnou hodnotu nebo čas přechodu), musíte stisknout tlačítko „Pauza“. V tomto případě zůstane tlačítko „Start“ stisknuté, tlačítko „Stop“ zůstane stisknuté a pro zadání jsou k dispozici vstupní pole „Konečná hodnota“ a „Čas přechodu“. Změna nastavení regulátoru podprogramem RAMP a počítání uplynulého času v poli "Elapsed time" bude dočasně pozastaveno;

– Po zadání nových parametrů rampy do vstupních polí obsluha stiskne tlačítko „Pauza“, hodnota ve výstupním poli „Zbývající čas“ se automaticky přepočítá a proces plynulé změny úlohy s novými parametry a odpočítávání doba rampy v poli „Elapsed time“ je obnovena;

– Nová hodnota v poli „Zbývající čas“ se vypočítá následovně: . Pokud rampa před stisknutím tlačítka "Pauza" trvala během pauzy déle, než bylo zadáno v poli "Čas přechodu", pak se zbývající čas rovná nule, nastavení regulátoru se nastaví na hodnotu v "Konečná". hodnota" pole;

– Ve dvou případech: stisknutím tlačítka „Start“ a stisknutím tlačítka „Pauza“ se úloha pro vedoucí regulátor v plášti nastaví o jeden stupeň méně než „Konečná hodnota“ rampy;

Fungování regulátorů

– Všechny čtyři regulátory reaktoru mají dva provozní režimy: manuální a automatický. V manuálním režimu je zpětná vazba otevřená, PID algoritmus nefunguje, operátor a systém mají možnost změnit ovládací akci na ventilu. V automatickém režimu je zpětná vazba uzavřena, pracuje PID algoritmus, operátor a systém mají možnost změnit cílovou teplotu;

– Čtyři regulátory reaktoru jsou sloučeny do dvou kaskádových řídicích obvodů, z nichž každý má hlavní a podřízený regulátor. Kaskáda je považována za uzavřenou, pokud jsou podřízené a hlavní regulátory v automatickém režimu;

– Hlavní ovladač nemůže být v režimu automatického řízení, pokud je podřízený v ručním režimu. Pokud operátor nebo systém přepne podřízený regulátor do ručního režimu, přepne se do ručního režimu také hlavní a kaskáda se otevře. Pokud operátor nebo systém přepne podřízený regulátor do automatického režimu, hlavní režim se nezmění (zůstane v manuálním režimu), kaskáda zůstane otevřená. Hlavní ovladač lze přepnout do automatického režimu, pouze pokud je podřízený v automatickém režimu;

– Při zapnutí hlavního regulátoru v automatickém režimu je zajištěno bezrázové uzavření kaskády přednastavením regulační činnosti hlavního regulátoru na stejnou úlohu jako podřízeného regulátoru.

Vynález se týká oblasti automatického řízení. Technický výsledek spočívá ve zvýšení rychlosti a snížení překmitu při změně parametrů objektu nebo zátěže a také ve zjednodušení postupu pro výpočet nastavení parametrů regulátoru. Technického výsledku je dosaženo díky tomu, že ve vnitřním okruhu je použit adaptivní třípolohový regulátor s průměrnou polohou v závislosti na zatížení objektu. Navíc na základě výsledku činnosti regulátoru vnitřní smyčky je k objektu pomocí ovládacího zařízení připojena regulační akce buď interního nebo externího regulátoru. Když pomocný parametr opustí referenční zónu, vnitřní regulační smyčka funguje, a když se vrátí do zóny, vnější se zapne a vnitřní smyčka se vypne. V tomto případě je integrální složka výstupního signálu externího regulátoru tvořena vnitřním regulátorem a je rovna hodnotě signálu průměrné polohy třípolohového regulátoru v okamžiku vypnutí vnitřního obvodu. Bezrázový přechod na provoz externího regulátoru a vytvoření výkonného reléového ovládání ve vnitřní smyčce poskytuje vyšší kvalitu regulace hlavního parametru. Časově nezávislý provoz vnějších a vnitřních obvodů umožňuje použití známých inženýrských metod pro výpočet nastavení regulátorů v jednookruhových systémech. 2 nemocný.

Navržené zařízení se týká oblasti automatického řízení a lze jej použít v automatických řídicích systémech pro objekty s distribuovanými parametry nebo s alespoň dvěma nastavitelnými parametry a jednou řídicí akcí. Tradiční kaskádový řídicí obvod má strukturu znázorněnou na Obr. 1. Technologický řídicí objekt (TOU) má dva nastavitelné parametry: hlavní Y1, protože je cílem regulace, a pomocný Y2, který slouží ke zkvalitnění regulace hlavního parametru. Regulace hlavního parametru-Y1 se provádí externím obvodem, který obsahuje vstupní povelový signál Y1 building, externí (předváděcí, korekční) regulátor R1 a funkční bloky O max a O min, které omezují výstupní signál externího regulátor shora dolů. Pomocný parametr Y2 je regulován vnitřním obvodem, který obsahuje vnitřní (slave, stabilizační) regulátor R2. Pro něj je povelový signál Y2 regulačním vlivem externího regulátoru, který je ve vztahu k internímu (slave) regulátoru nadřízený. Druhý jmenovaný, R2, generuje řídicí akci na objekt prostřednictvím aktuátoru (AD) na vstupu společném pro hlavní parametr Y1 a pomocný parametr Y2. Signály o hlavních a pomocných parametrech vnějších a vnitřních obvodů jsou generovány čidly D1 a D2 a jsou přiváděny pro porovnání s úkolovými signály Y1 budova a Y2 budova do porovnávacích prvků ES1 a ES2. Podmínkou proveditelnosti (efektivnosti) takovýchto kaskádových systémů je menší setrvačnost objektu podél kanálu pomocného parametru Y2 vzhledem k hlavnímu Y1. Je známá metoda kaskádové regulace teploty v reaktoru s korekcí nastavené hodnoty regulátoru teploty na výstupu z výměníku tepla (viz Automatické řízení v chemickém průmyslu: Učebnice pro vysoké školy. Zpracoval E.G. Dudnikov. - M.: Chemie , 1987, str. 42 - 43, obr. 1.22). U této metody je vnitřním okruhem systém automatického řízení teploty na výstupu z výměníku tepla a vnějším okruhem je teplota v reaktoru. Regulační účinek - proud páry je přiváděn na vstup výměníku tepla. Řídicí kanál, který zahrnuje dvě zařízení (výměník tepla a reaktor) a potrubí, je komplexní systém s vysokou setrvačností. Objekt je ovlivněn řadou poruch přicházejících do různých bodů systému - tlak a entalpie páry, teplota a průtok reakční směsi, tepelné ztráty v reaktoru atd. p Při poruše tlaku páry změní regulátor vnitřního okruhu stupeň otevření regulačního ventilu tak, aby byla zachována nastavená teplota na výstupu z výměníku. Při narušení průtoku reakční směsi dochází k teplotě v reaktoru a v důsledku toho se nastaví regulátor teploty výměníku, který opět změní stupeň otevření regulačního ventilu směrem k obnovení teplota v reaktoru a výměníku tepla. V závislosti na požadavcích na přesnost regulace hlavního parametru jsou ve vnější smyčce použity astatické (I, PI) regulátory a ve vnitřní smyčce vysokorychlostní statické, obvykle P- nebo PD-regulátory. Nevýhodou takovýchto kaskádových řídicích systémů je použití regulátorů analogového typu a s tím spojená komplikace obvodového řešení - zařazení speciálních funkčních bloků, které omezují korekční signál externího (předního) regulátoru shora i zdola. Z tohoto důvodu se uvažované kaskádové řídicí systémy při změně parametrů řízeného objektu nebo zátěže vyznačují relativně nízkým výkonem a velkým překmitnutím dynamiky, tzn. nedostatečná kvalita regulace. Další nevýhodou takovýchto kaskádových systémů je složitost výpočtu parametrů ladění regulátorů, způsobená nutností použití iteračních postupů pro každý obvod zvlášť (při ladění jednoho z regulátorů obsahuje druhý dosud nedefinované optimální parametry). Účelem vynálezu je zvýšení výkonu a snížení přeregulace při změně parametrů objektů nebo zátěží a také zjednodušení postupu pro výpočet nastavení parametrů regulátoru. Úkolu je dosaženo nastavením signálů pro nastavení horních přípustných hodnot Y2"" a dolních Y2" pomocného parametru pro regulátor vnitřní smyčky a určením v daném intervalu chyby nesouladu E1 pro astatický externí regulátor smyčky, působení přes akční člen na objekt v tomto intervalu pomocí analogového signálu určeného regulací tohoto externího regulátoru, když pomocný parametr opustí zónu nastavení Y2".< Y2 < Y2"" с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа, со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра от заданных крайних значений интервала, а основного параметра - от заданного значения. Одновременно отключают от объекта управляющее воздействие внешнего астатического регулятора, формируя и сохраняя при этом его интегральную составляющую равную значению сигнала средней позиции трехпозиционного адаптивного регулятора, используемого в качестве регулятора внутреннего контура (см. авт. св. N 675399. Пневматический регулятор. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И. Бюл. 27 от 28.07.79). При возврате вспомогательного параметра в заданную зону одновременно отключают управляющее воздействие внутреннего регулятора и включают управляющее воздействие внешнего регулятора. Таким образом, при каждом выходе вспомогательного параметра из заданной зоны, управляющее воздействие на объект формируется лишь во внутреннем контуре, а при возврате его в заданную зону управляющее воздействие на объект формирует регулятор внешнего контура, обеспечивая стабилизацию основного параметра с заданной точностью. Иначе, в каждый момент времени объектом управляет лишь один из регуляторов: внутренний, если вспомогательный параметр Y2 вышел из зоны нечувствительности внутреннего регулятора, или внешний, когда Y2 находится в зоне. Управление работой регуляторов ведется по вспомогательному параметру Y2 (точнее по сигналу рассогласования E2 между Y2 и сигналами задания Y2" и Y2""), который в этом плане становится ведущим параметром объекта, т.е. параметром, который определяет логику работы управляющего устройства регуляторов, формирующего соответствующие управляющие воздействия на регуляторы, по сигналу рассогласования E2. Обеспечивая единовременную работу либо внешнего либо внутреннего регулятора, т.е. автономность работы внешнего и внутреннего контуров системы каскадного регулирования, благодаря их логическому переключению посредством управляющего устройства, отпадает необходимость в проведении сложной итерационной процедуры расчета настроек регуляторов, и появляется возможность использовать известные методы расчета одноконтурных систем аналогового и позиционного действия (см., например, Магергут В.З., Вент Д.П., Кацер И.А. Инженерные методы выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов. Новомосковск, НФ РХТУ, 1994. 158 с.). Применение во внутреннем контуре адаптивного трехпозиционного способа регулирования с подстраиваемой к нагрузке объекта средней позицией (см. авт. св. N 458812. Способ автоматического трехпозиционного регулирования. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И., Беляев Ю.В. Бюл. 4 от 30.01.75) позволяет, с одной стороны, формировать мощное релейное управляющее воздействие, приводящее к увеличению быстродействия системы регулирования и уменьшению перерегулирования основного параметра, а, с другой стороны, обеспечить в это же время нахождение управляющего воздействия примерно соответствующего значению нагрузки и осуществлять благодаря слежению за этим значением интегральной составляющей внешнего контура, безударное переключение управляющего воздействия внешнего регулятора на это значение при его подключении к объекту. Регулятор внутреннего контура дает задание регулятору внешнего контура, причем не по заданию, а по выходному сигналу его интегральной составляющей, обеспечивая тем самым безударность включения внешнего регулятора в момент вхождения вспомогательного параметра объекта Y2 в зону нечувствительности внутреннего регулятора и точную настройку управляющего воздействия на значение нагрузки объекта. Иначе, в предлагаемом способе уже внутренний регулятор становится как бы ведущим по отношению к внешнему регулятору, ставшему ведомым. Таким образом, предложен способ каскадного автоматического регулирования путем измерения вспомогательного параметра объекта и стабилизации его с помощью одноконтурной системы регулирования, измерения основного параметра объекта и стабилизации его с помощью астатической одноконтурной системы регулирования и формирования сигнала задания регулятору внутреннего контура, отличающийся тем, что устанавливают сигналы задания верхнего и нижнего допустимых значений вспомогательного параметра объекта для регулятора внутреннего контура и определяют на заданном интервале ошибку рассогласования для астатического регулятора внешнего контура, воздействующего посредством исполнительного устройства на объект в заданном интервале с помощью аналогового сигнала, определяемого законом регулирования астатического регулятора внешнего контура, при выходе вспомогательного параметра объекта из заданного интервала с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра объекта от верхнего и нижнего допустимых значений, а основного параметра объекта - от заданного значения и одновременно отключают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура, формируют и сохраняют интегральную составляющую этого регулятора на уровне значения средней позиции выходного сигнала регулятора внутреннего контура; при возврате вспомогательного параметра объекта в заданный интервал одновременно отключают управляющее воздействие регулятора внутреннего контура и включают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура. Предлагаемый способ иллюстрируется функциональной схемой, приведенной на фиг. 2. Схема содержит технологический объект управления 1, регулятор внешнего контура регулирования 2 и задатчик 3, блок сравнения 4, регулятор внутреннего контура 5, задатчики верхнего и нижнего уровня 6 и 7 соответственно, блок сравнения 8, устройство управления 9, исполнительное устройство 11, 12 основного и вспомогательного параметров соответственно. Способ каскадного автоматического регулирования осуществляется следующим образом. Непрерывно измеряют с помощью датчика 11 параметр Y1 и стабилизируют его с помощью автоматического регулятора 2 по астатическому закону с воздействием на исполнительное устройство 10. Датчиком 12 непрерывно измеряют вспомогательный параметр Y2 и с помощью задатчиков 6 и 7 формируют величину задания верхнего и нижнего уровня этого параметра. С помощью трехпозиционного адаптивного регулятора 5 автоматически поддерживают значение этого параметра в заданном интервале, воздействуя на исполнительное устройство 10. Устройство управления 9 непрерывно измеряют ошибку рассогласования E2 внутреннего контура регулирования и в зависимости от величины и знака этой ошибки включает регулирующее воздействие, поступающее либо с внутреннего, либо с внешнего регулятора. При выходе вспомогательного параметра из зоны задания с выхода регулятора внутреннего контура 5 на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа, со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра от заданных крайних значений интервала, а основного параметра - от заданного значения. Одновременно устройство управления 9 отключает управляющее воздействие внешнего астатического регулятора 2, формируя и сохраняя его интегральную составляющую на уровне значения средней позиции выходного сигнала трехпозиционного адаптивного регулятора 5. Поскольку в предлагаемом способе каскадного автоматического регулирования регуляторы внешнего и внутреннего контуров работают равномерно, то на период отключения регулятора 2 внешнего контура от исполнительного устройства 10 канал связи между выходами регулятора 5 и 2 используют для подачи сигнала средней позиции адаптивного регулятора 5 в регулятор 2 для формирования в нем интегральной составляющей, равной сигналу средней позиции регулятора 5. Таким образом, по каналу, помеченному разнонаправленными стрелками, сигнал проходит то с выхода регулятора 2 к исполнительному устройству 10, то от регулятора 5 (со звена формирования средней позиции) к регулятору 2 (в интегральную составляющую регулятора). Рассмотрим применение данного способа для различных известных систем каскадного регулирования. Так для способа-аналога - каскадное регулирование температуры в реакторе - он сводится к следующему: основным параметром объекта регулирования является температура Т р в реакторе, а вспомогательным температура Т т на выходе теплообменника. Для последней устанавливают два значения ее задания - больше номинального Т т "" и меньше Т т ". Для реактора устанавливают заданное значение температуры Т рзд и поддерживают ее обычным ПИ-регулятором по одноконтурной системе регулирования. При отклонении температуры реактор Т р от задания одновременно отклоняется от номинала и температура Т т на выходе из теплообменника, причем, выбег последней за пределы зоны, т.е. за значения Т т "" или Т т " происходит быстрее, чем произойдет отклонение Т р от Т рзд на величину требуемой точности регулирования (из-за меньшей инерционности объекта по каналу: температура на выходе теплообменника Т т -управляющее воздействие Gn по пару и соответствующего выбора значений Т т "" и Т т ". Происходит срабатывание адаптивного позиционного регулятора и формирование им релейного управляющего воздействия на объект по Gn (верхнего Gn"" или нижнего Gn", направленного на возврат Т т в зону, к Т рзд. Одновременно позиционным воздействием на объект происходит формирование нового значения средней позиции этого регулятора Gn ср, соответствующего новому значению нагрузки объекта или эквивалентному ей изменению его параметров. Это новое значение отслеживается в интегральной части ПИ-регулятора, который при управлении объектом посредством внутреннего адаптивного позиционного регулятора отключен от управления объектом. При вхождении Т т в зону за счет мощного и быстрого позиционного управляющего воздействия (затем, что оно будет мощнее и быстрее воздействия даже ПД-регулятора, используемого в способе прототипа) происходит переключение на новое значение Gn ср как в регуляторе внутреннего контура, так и в подключаемом к управлению объектом вместо него ПИ-регуляторе, т.е. управление объектом начинается с нового значения управляющего воздействия, равновесного (или близкого) к новому значению нагрузки. Последнее, наряду с быстрым возвратом Т т в зону, а Т р к Т рзд, также обеспечивает повышение качества регулирования по предлагаемому способу. Рассмотрим второй пример применения способа для автоматического регулирования работы дефлегматора в процессе перегонки по авт. св. N 971395. Магергут В.З., Бебелис В.Я., Масленников И.М., Бюл. 41 от 07.11.82. Объектом является дефлегматор, в котором необходимо поддерживать температуру Т д на его выходе (основной параметр). Для повышения точности предложен традиционный способ каскадного регулирования, в котором в качестве вспомогательного параметра используется Р д внизу дефлегматора, т.е. на его входе. Управляющим воздействием является расход хладоагента Gx в дефлегматор. Для увеличения эффективности работы этой системы также можно использовать предлагаемый нами способ. Для внутреннего контура на базе адаптивного позиционного регулирования потребуется задать два значения давления на входе в дефлегматор: Р д "" и Р д " - соответственно больше и меньше номинального. Работать способ будет аналогично рассмотренному для объекта первого примера. Улучшение качества регулирования будет достигнуто как за счет большого быстродействия и более мощного воздействия внутреннего контура, так и нахождения одновременно с этим воздействием нового равновесного значения управляющего воздействия, соответствующего новому значению адаптивной средней позиции внутреннего регулятора. За счет автономности работы каждого из контуров регулирования (внешнего и внутреннего) настройка регуляторов как в первом, так и во втором примерах, естественно будет проще, чем для прототипа. Аналогичным образом быть видоизменены и все другие применяющиеся в промышленности системы автоматического каскадного регулирования, имеющие два регулируемых параметра (основного и вспомогательного) при одном управляющем воздействии при дополнительном условии, чтобы управляющее воздействие не являлось одновременно и вспомогательным параметром. В настоящее время авторы занимаются внедрением предлагаемого способа на ряде предприятий Тульской и Рязанской областей: АО "ОРГСИНТЕЗ" и НАК "АЗОТ", АООТ "Ключанский спиртзавод", причем, как путем замены существующих способов автоматического каскадного регулирования, так и самостоятельного внедрения предлагаемого способа для ряда объектов, со всеми вытекающими экономическими эффектами.

Problémy probírané na přednášce:

1. Co je ekvivalentní objekt v kaskádovém ACS.

2. Vysvětlení účinnosti kaskádových automatizovaných řídicích systémů.

3. Metody výpočtu kaskádových ASR.

4. Výpočet ASR s přídavným impulsem na základě derivace.

Kaskádové řídicí systémy jsou systémy, ve kterých je výstupní signál jednoho z regulátorů posílán jako úloha druhému. Do těchto regulátorů jsou dodávány hlavní a pomocné parametry objektu ve formě vstupních signálů. V tomto případě má nezávislé nastavení pouze hlavní regulátor. Výstupní signál pomocného regulátoru je přiváděn jako regulační vliv na objekt. Uvnitř hlavní regulační smyčky je typicky umístěna pomocná uzavřená regulační smyčka, tvořená vysokorychlostní částí objektu a pomocným regulátorem. Obrázek 1.8.1 ukazuje schéma kaskádového řídicího systému. Kaskádové řídicí systémy poskytují:

1) rychlá kompenzace poruch ovlivňujících pomocnou regulační smyčku, v důsledku čehož tyto poruchy nezpůsobí odchylku hlavního parametru od nastavené hodnoty;

1 – hlavní regulátor; 2 – pomocný regulátor; 3, 4 – rychle – a pomalu působící části objektu

Obrázek 1 - Schéma kaskádového řízení

2) výrazné snížení fázového posunu ve vysokorychlostní části objektu v důsledku vytvoření pomocné regulační smyčky, která zvyšuje výkon hlavní smyčky;

3) kompenzace změn koeficientu přenosu vysokorychlostní části objektu změnou koeficientu přenosu pomocné regulační smyčky;

4) požadovaný přísun hmoty nebo energie do objektu

Kaskádové řídicí systémy je tedy vhodné používat v případech, kdy je potřeba udržovat řízený parametr na dané hodnotě s vysokou mírou přesnosti, stejně jako když má objekt velmi velké zpoždění. Pomocná regulační smyčka může být například uzavřena kolem integračního prvku objektu za účelem překonání vlastního zpoždění. Průtok lze použít jako pomocnou veličinu, protože díky rychlosti regulační smyčky tohoto parametru je zabráněno výrazným odchylkám hlavní regulované veličiny.

Pro vytvoření kaskádového řídicího systému je nutné nejprve identifikovat přijatelnou meziproměnnou, což je v některých případech značně obtížné.

Kaskádové systémy řízení toku se používají k nepřetržitému dodávání látky do objektu nebo z něj. Typicky se regulace průtoku provádí změnou tlaku vzduchu přiváděného do ventilu s nelineární charakteristikou. Pokud je v tomto případě měření aktuální hodnoty parametru provedeno metodou proměnného tlakového rozdílu (při které výstupní signál snímače nelineárně závisí na průtoku), pak se obě nelinearity vzájemně kompenzují.

Použití metody proměnného tlakového rozdílu v pomocném okruhu pro řízení výměny tepla nebo směšovacích procesů může vést k dalším potížím. Předpokládejme, že řízený parametr objektu je lineární s ohledem na průtok. Výstupní signál hlavního regulátoru je úměrný poklesu tlaku, který se přímo mění s druhou mocninou průtoku. V důsledku toho se bude zisk smyčky měnit nepřímo s průtokem. Mnoho procesů však musí být regulováno v době spouštění; Navíc je často nutné udržovat nízké průtoky v zařízení po dlouhou dobu, což je poměrně obtížné. Pokud není hlavní regulátor přepnut na ruční ovládání, dojde v regulační smyčce k netlumeným oscilacím v blízkosti nulového průtoku. Aby k tomu nedocházelo, je vhodné zařadit do vedení měření průtoku zařízení pro odmocninu, aby se pomocný okruh linearizoval.

Doba oscilace regulační smyčky průtoku je obvykle několik sekund. Průtok se proto nepoužívá jako hlavní parametr v kaskádových schématech při regulaci přenosu tepla nebo směšovacích procesů.

Při regulaci hladiny vroucích kapalin nebo kondenzujících par se používají kaskádové regulační systémy s korekcí průtoku. V takových systémech je perioda vlastních kmitů hlavního okruhu větší než perioda kmitání okruhu regulace průtoku.

Kaskádové systémy regulace teploty se používají poměrně široce. Při provádění chemických reakcí, aby se dosáhlo vysoce kvalitního řízení, je výstupní signál regulátoru teploty reaktoru obvykle posílán do nastavovací komory regulátoru teploty chladiva, tj. kaskádového regulačního okruhu teploty chladiva na základě teploty reaktoru. se používá. Intenzita výměny tepla závisí na rozdílu teplot mezi reagujícími látkami a chladivem, proto aktuální hodnota teploty chladiva ovlivňuje proces.

Činnost řídicího systému je ovlivněna nelinearitami a fázovými posuny pomocné regulační smyčky. Protože v takovém systému proporcionální rozsah pomocného regulátoru teploty obvykle nepřesahuje 25 %, lze vliv astatické složky tohoto regulátoru zanedbat.

Mírné překročení teploty chladiva nemá velký vliv na provoz systému, protože astatická složka vždy působí v hlavním okruhu. Přítomnost astatické složky v pomocném obvodu by jen mírně snížila rychlost změny teploty. Při regulaci teploty chladiva ve vsádkovém reaktoru se astatická složka nepoužívá. Typicky je při navrhování kaskádových regulačních systémů hlavním úkolem určit poměr period vlastních oscilací hlavní a pomocné smyčky regulace teploty. Pokud je v obou obvodech použita stejná metoda měření, pak je vztah mezi přirozenými periodami obvodů lineární, a proto bude koeficient přenosu hlavního obvodu konstantní.

Výpočet kaskádového ASR zahrnuje určení nastavení hlavních a pomocných regulátorů pro dané dynamické charakteristiky objektu podél hlavního a pomocného kanálu. Vzhledem k tomu, že nastavení hlavního a pomocného regulátoru jsou vzájemně závislá, jsou počítána pomocí iterační metody.

V každém kroku iterace se vypočítá redukovaná jednosmyčková ASR, ve které jeden z regulátorů podmíněně odkazuje na ekvivalentní objekt.

Ekvivalentním objektem pro hlavní regulátor je sériové zapojení uzavřené pomocné smyčky a hlavního řídicího kanálu.

W E (p) = [- R 1 (p) / 1 – W(p)*R 1 (p) ]* W(p), (1)

kde R 1 (p) je přenosová funkce pomocného ovladače,

W(p) = W 1 (p) * W 2 (p) – přenosová funkce objektu

Ekvivalentním objektem pro pomocný ovladač je paralelní spojení pomocného kanálu a hlavního systému s otevřenou smyčkou.

W E 1 (p) = W 1 (p) – W(p)*R (p), (2)

kde R (p) je přenosová funkce hlavního ovladače

V závislosti na prvním iteračním kroku se rozlišují dvě metody výpočtu kaskádových ACP.

1. způsob. Výpočet začíná hlavním regulátorem. Metoda se používá v případech, kdy setrvačnost pomocného kanálu je mnohem menší než setrvačnost hlavního kanálu. V prvním kroku se předpokládá, že pracovní frekvence hlavního obvodu je mnohem nižší než pomocného obvodu. A pak:

WE (p) = W2 (p). (3)

Ve druhém kroku se vypočítá nastavení pomocného ovladače pro ekvivalentní objekt.

V případě přibližných výpočtů jsou první dva kroky omezené. Pro přesné výpočty se v nich pokračuje, dokud se nastavení ovladače nalezená ve dvou po sobě jdoucích iteracích neshodují se zadanou přesností.

2. způsob. Výpočet začíná pomocným regulátorem. První krok předpokládá, že externí regulátor je deaktivován. Jako první přiblížení se tedy nastavení pomocného regulátoru najde pomocí jednookruhového ACP pro pomocný řídicí kanál z výrazu:

WEi (p) = W1 (p). (4)

Ve druhém kroku se pomocí přenosové funkce ekvivalentního objektu vypočítá nastavení hlavního ovladače. Pro upřesnění nastavení pomocného ovladače se výpočet provádí pomocí přenosové funkce. Výpočty se provádějí, dokud se nastavení pomocného regulátoru, nalezená ve dvou po sobě jdoucích iteracích, neshodují se zadanou přesností.

ASR s přídavným impulsem založeným na derivaci z mezilehlého bodu .

Takové systémy se obvykle používají při automatizaci objektů, ve kterých je řízený technologický parametr (například teplota nebo složení) distribuován podél prostorové souřadnice (jako u zařízení sloupového nebo trubkového typu). Zvláštností takových objektů je, že hlavní řízenou souřadnicí je technologický parametr na výstupu z aparatury, rušení se rozkládá po délce aparatury a na její vstup se uplatňuje regulační efekt. Jednookruhové automatické řídicí systémy s uzavřenou smyčkou zároveň neposkytují požadovanou kvalitu přechodových procesů z důvodu velké setrvačnosti řídicího kanálu.

Přivedením dodatečného impulsu na vstup regulátoru z mezilehlého bodu zařízení se vyšle vedoucí signál a regulátor začne pracovat dříve, než se výstupní souřadnice odchýlí od nastavené hodnoty.

Aby byla zajištěna regulace bez statické chyby, je nutné, aby přídavný impuls zmizel v ustálených stavech. Za tímto účelem je pomocná souřadnice vedena přes skutečnou diferenciační spojku, takže vstupní signál regulátoru je roven e=y+y’ 1 –y 0 (obrázek 1.9.1a). V ustálených stavech, když y’ 1 =0, když e=0, y=y 0.

a – původní schéma; b – převeden na kaskádový obvod ASR

Obrázek 2 - Bloková schémata ASR s přídavným impulsem na základě derivace z mezilehlého bodu

Efektivita zavedení dodatečného impulsu závisí na místě jeho výběru. Volba druhého je v každém konkrétním případě určena dynamickými vlastnostmi objektu a jeho provozními podmínkami. Měření yi na začátku přístroje je tedy ekvivalentní dodatečnému impulsu v důsledku poruchy, která přichází přes řídicí kanál. V tomto případě hraje rozlišovací zařízení roli kompenzátoru dynamického rušení. Měření y 1 na výstupu objektu (y 1 =y) je ekvivalentní zavedení derivace hlavní souřadnice. Pro každý objekt si můžete vybrat optimální místo pro výběr dodatečného impulsu, při kterém je kvalita regulace nejlepší.

Výpočet takových řídicích systémů je podobný výpočtu kaskádových ASR po příslušných transformacích. Ve znázorněné kaskádě ASR na obrázku 2b hraje roli externího regulátoru vazba s přenosovou funkcí R d -1 (p) a vnitřní roli hraje sériově zapojený regulátor a diferenciátor, takže přenosové funkce pro dané regulátory jsou příslušně stejné.

Kaskádové systémy se používají k automatizaci objektů, které mají velkou setrvačnost podél řídicího kanálu, pokud je možné vybrat mezilehlou souřadnici, která je méně inerciální ve vztahu k nejnebezpečnějším poruchám a použít pro ni stejnou regulační akci jako pro hlavní výstup. objektu.

V tomto případě obsahuje řídicí systém (obr. 19) dva regulátory - hlavní (externí) regulátor R, sloužící ke stabilizaci hlavního výkonu objektu y, a pomocný (vnitřní) regulátor R 1, určený k regulaci pomocných souřadnic na 1 .Cílem pro pomocný regulátor je výstupní signál hlavního regulátoru.

Volba regulačních zákonů je určena účelem regulátorů:

Pro udržení hlavní výstupní souřadnice na dané hodnotě bez statické chyby musí regulační zákon hlavního regulátoru zahrnovat integrální součást;

Pomocný regulátor musí reagovat rychle, takže může mít jakýkoli regulační zákon.

Srovnání jednookruhových a kaskádových ASR ukazuje, že díky vyšší rychlosti vnitřní smyčky v kaskádovém ASR se kvalita přechodového procesu zvyšuje, zejména při kompenzaci poruch přicházejících přes řídicí kanál. Pokud je podle podmínek procesu uvaleno omezení na pomocnou proměnnou (např. teplota by neměla překročit maximální přípustnou hodnotu nebo poměr průtoku by měl být v určitých mezích), pak se omezení ukládá také výstupní signál hlavního regulátoru, což je úloha pro pomocný regulátor. K tomu je mezi regulátory instalováno zařízení s charakteristikou zesilovací sekce se saturací.

Rýže. 19. Blokové schéma kaskádového automatizovaného řídicího systému:

W, W 1 – hlavní a pomocné kanály na 1 řízené veličiny objektu; R, R 1 – hlavní a pomocné regulátory; х Р, х Р1 – regulační vlivy regulátorů R A R 1; ε, ε 1 – velikost nesouladu mezi aktuální a nastavenou hodnotou regulovaných veličin na A na 1 ; na 0 – úkol pro hlavního kontrolora R

Příklady kaskádových automatizovaných řídicích systémů zařízení tepelné techniky. Na Obr. Obrázek 20 ukazuje příklad kaskádového systému pro stabilizaci teploty kapaliny na výstupu z výměníku tepla, ve kterém je pomocným okruhem proud topné páry ASR. Při poruše tlaku páry změní regulátor 1 stupeň otevření regulačního ventilu tak, aby byl zachován stanovený průtok. Pokud dojde k narušení tepelné rovnováhy v přístroji (způsobené např. změnou vstupní teploty nebo průtoku kapaliny, entalpií páry, tepelnými ztrátami do okolí), vedoucím k odchylce výstupní teploty od nastavené hodnoty, regulátor teploty 2 přizpůsobí nastavení regulátoru průtoku páry 1.

V tepelně technologických procesech mají často hlavní a pomocné souřadnice stejnou fyzikální povahu a charakterizují hodnoty stejného technologického parametru v různých bodech systému (obr. 21).

Obr.20. Kaskádový systém regulace teploty (položka 2) s korekcí úlohy na regulátor průtoku páry (položka 1)

Rýže. 21. Blokové schéma kaskády ASR s měřením pomocné souřadnice v mezilehlém bodě

Na Obr. Obrázek 22 ukazuje část vývojového diagramu procesu, včetně ohřívače 2 reakční směsi a reaktoru 1 a systému stabilizace teploty v reaktoru.

Regulační účinek na průtok páry je přiváděn na vstup výměníku tepla. Řídicí kanál, který zahrnuje dvě zařízení a potrubí, je komplexní dynamický systém s vysokou setrvačností. Objekt je ovlivňován řadou poruch přicházejících do různých bodů systému: tlak a entalpie páry, teplota a průtok reakční směsi, tepelné ztráty v reaktoru atd. Pro zvýšení rychlosti řídicího systému kaskádové ACS se používá, kde hlavní regulovanou veličinou je teplota v reaktoru a teplota směsi mezi výměníkem tepla a reaktorem byla zvolena jako pomocná.

Rýže. 22. Kaskádový systém regulace teploty (položka 4) v reaktoru (položka 1) s korekcí nastavení regulátoru teploty (položka 3) na výstupu z výměníku tepla (položka 2)

Výpočet kaskádového ASR. Výpočet kaskádového ASR zahrnuje určení nastavení hlavních a pomocných regulátorů pro dané dynamické charakteristiky objektu podél hlavního a pomocného kanálu. Vzhledem k tomu, že nastavení hlavního a pomocného regulátoru jsou vzájemně závislá, jsou počítána pomocí iterační metody.

V každém kroku iterace se vypočítá redukovaná jednosmyčková ASR, ve které jeden z regulátorů podmíněně odkazuje na ekvivalentní objekt. Jak je vidět z blokových schémat na obr. 23, ekvivalentním objektem pro hlavní regulátor (obr. 23, a) je sériové zapojení uzavřeného pomocného obvodu a hlavního řídicího kanálu; jeho přenosová funkce je rovna

(93)

Rýže. 23. Bloková schémata ekvivalentního jednookruhového řídicího systému s hlavním (a) a pomocným (b) regulátorem: nahoře - ekvivalentní jednookruhové schéma; níže – převod kaskády ACP na jednookruhový

Ekvivalentním objektem pro pomocný ovladač 2 (obr. 23) je paralelní spojení pomocného kanálu a hlavního systému s otevřenou smyčkou. Jeho přenosová funkce má tvar:

(p)=Wi(p) – W(p)R(p).(94)

Výpočet začíná hlavním regulátorem. Metoda se používá v případech, kdy setrvačnost pomocného kanálu je mnohem menší než setrvačnost hlavního kanálu. V prvním kroku se předpokládá, že provozní frekvence hlavního obvodu ( ω p) mnohem méně než pomocný ( ω p1) a at ω=ω р

. (95)

. (96)

Tedy, jako první přiblížení, nastavení S 0 hlavní regulátor 1 nezávisí na R1(p) a jsou umístěny podle W e °(p).

Ve druhém kroku se vypočítá nastavení pomocného ovladače pro ekvivalentní objekt (1) s přenosovou funkcí W 1 e (p), do kterých se nahrazují R(p,S°).

Kombinované AKT

Kombinované automatizované řídicí systémy se používají při automatizaci objektů podléhajících významným řízeným poruchám. Systémy se nazývají kombinované, protože při jejich konstrukci jsou použity dva principy regulace: „odchylkou“ (Polzunovův princip) a „poruchou“ (Ponceletův princip). Systémy postavené na Polzunovově principu mají negativní zpětnou vazbu a pracují v uzavřeném cyklu. Systémy rušení (Poncelet) nemají zpětnou vazbu a pracují v otevřené smyčce.

Existují dva způsoby, jak vytvořit kombinované automatizované řídicí systémy s blokovými schématy znázorněnými na Obr. 24 a 25. Jak je patrné z těchto blokových schémat, oba systémy mají společné rysy: přítomnost dvou kanálů vlivu na výstupní souřadnici objektu a použití dvou regulačních smyček - uzavřených (přes regulátor 1 ) a otevřít (přes kompenzátor 2 ). Jediný rozdíl je v tom, že v druhém případě je korekční impuls z kompenzátoru přiveden nikoli na vstup objektu, ale na vstup regulátoru.

Rýže. 24. Bloková schémata kombinovaného ASR při připojení výstupu kompenzátoru ke vstupu objektu: a – originální schéma; b – transformovaný diagram; 1 – regulátor; 2 – kompenzátor

Rýže. 25. Bloková schémata kombinovaného ASR při připojení výstupu kompenzátoru na vstup regulátoru: a – originální zapojení; b – transformovaný diagram; 1 – regulátor; 2 – kompenzátor

Zavedení korekčního impulsu pro nejsilnější poruchu může výrazně snížit dynamickou chybu řízení za předpokladu, že je správně vybráno a vypočítáno dynamické zařízení, které tvoří zákon pro změnu tohoto vlivu.

Základem pro výpočet takových systémů je princip invariance: odchylka výstupní souřadnice systému od zadané hodnoty musí být při jakýchkoliv hnacích nebo rušivých vlivech shodně rovna nule.

Pro naplnění principu invariance jsou nutné dvě podmínky: ideální kompenzace všech rušivých vlivů a ideální reprodukce signálu úlohy. Je zřejmé, že dosažení absolutní neměnnosti v reálných řídicích systémech je prakticky nemožné. Obvykle jsou omezeny na částečnou neměnnost s ohledem na nejnebezpečnější poruchy. Uvažujme podmínku neměnnosti systémů řízení s otevřenou smyčkou a kombinovaných řídicích systémů s ohledem na jeden rušivý vliv.

Podmínka invariance pro otevřenou smyčku a kombinovanou ASR. Uvažujme podmínku invariance systému s otevřenou smyčkou (obr. 26): y(t)= 0.

Rýže. 26. Blokové schéma automatického řídicího systému s otevřenou smyčkou

Přejdeme k Laplaceovým obrázkům X B (r) A Y(p) signály x V (t) A y(t), Přepišme tuto podmínku s ohledem na přenosové funkce objektu podél poruchových kanálů WB(p) a regulace W Р (p) a kompenzátor RK(p):

Y(p) = X B (p) 0. (97)

Za přítomnosti rušení[ ] podmínka invariance (97) je splněna, jestliže

W B (p) + R k (p) W P (p) = 0,(98)

R k () = -W В ()/W Р ().(99)

Pro zajištění neměnnosti řídicího systému s ohledem na jakékoli rušení je tedy nutné instalovat dynamický kompenzátor, jehož přenosová funkce je rovna poměru přenosových funkcí objektu podél rušivých a regulačních kanálů, vzatých. s opačným znaménkem.

Odvoďme podmínky invariance pro kombinované ASR. Pro případ, kdy je signál z kompenzátoru přiveden na vstup objektu (viz obr. 24, a), je blokové schéma kombinovaného ASR převedeno na sériové zapojení systému s otevřenou smyčkou a uzavřené smyčky ( viz obr. 24, b), jejichž přenosové funkce jsou shodné:

.

V tomto případě je podmínka invariance (97) zapsána jako:

Pokud X B (p) 0 a W ZS p), musí být splněna tato podmínka:

těch. podmínka invariance.

Při použití kombinovaného systému řízení (viz obr. 25, a) vede odvození podmínek invariance ke vztahům ( viz obr. 25, b):

(101)

Li XB(p)0 A W ZS (r) , pak musí být splněna následující podmínka:

R až (p) = -WB (p)/.(103)

Při připojení výstupu kompenzátoru ke vstupu regulátoru bude tedy přenosová funkce kompenzátoru, získaná z podmínky invariance, záviset na vlastnostech nejen objektu, ale také regulátoru.

Podmínky fyzické realizovatelnosti invariantních ASR. Jedním z hlavních problémů, které vznikají při konstrukci invariantních řídicích systémů, je jejich fyzická realizovatelnost, tzn. proveditelnost kompenzátoru, který splňuje podmínky (99) nebo (103).

Na rozdíl od běžných průmyslových regulátorů, jejichž struktura je dána a je nutné pouze vypočítat jejich nastavení, je struktura dynamického kompenzátoru zcela určena poměrem dynamických charakteristik objektu podél rušivých a regulačních kanálů a může se ukázat být velmi složitý, a pokud je poměr těchto charakteristik nepříznivý, fyzikálně nemožný.

„Ideální“ kompenzátory jsou fyzicky nerealizovatelné ve dvou případech:

Pokud je čistá doba zpoždění podél řídícího kanálu větší než přes poruchový kanál. V tomto případě by ideální kompenzátor měl obsahovat olověný odkaz, protože pokud:

(104)

, (105)

pak s přihlédnutím k (99):

(106)

Je-li v kompenzační přenosové funkci stupeň polynomu v čitateli větší než stupeň polynomu ve jmenovateli. V tomto případě musí kompenzátor obsahovat ideální diferenciační články. Tento výsledek je získán pro určitý poměr řádů diferenciálních rovnic popisujících poruchové a regulační kanály. Nechat

W В (р) = В в (Р)/ A Wp(p)= В р(Р)/,(107)

Kde B v (P), A B (p), V P (p), A P (p)- polynomy stupňů t V, n B, m P A n p podle toho.

mK = mB + np; n k = n v + mr.

Podmínkou fyzické realizovatelnosti invariantní ASR tedy je, aby byly splněny následující vztahy:

τ v ≥ τ р a m B + n p ≤ n v + m р.(108)

Příklad. Uvažujme systém regulace teploty v chemickém reaktoru s míchacím zařízením, ve kterém dochází k exotermické reakci (obr. 27).

Rýže. 27. Schéma chemického reaktoru s míchacím zařízením: 1 – měřič teploty; 2 – regulační ventil; 3 – průtokoměr

Nechť je hlavní poruchový kanál - "průtok reakční směsi - teplota v reaktoru" - aproximován dvěma aperiodickými vazbami prvního řádu, a řídící kanál - "průtok chladiva - teplota v reaktoru" - tři aperiodické vazby prvního řádu:

, (109)

, (110)

Kde T 1 , T 2 , T 3 – největší časové konstanty hlavních tepelných nádrží reaktoru, teploměru a chladicího pláště.

Pro konstrukci invariantního řídicího systému konzistentního s výrazem (99) je nutné zavést kompenzátor s přenosovou funkcí:

, (111)

což je fyzikálně nerealizovatelné, neboť v tomto případě je podmínka porušena a kompenzátor musí obsahovat ideální diferenciační článek.

Cvičení

V souladu s příkladem vyvinout řídicí systém pro rektifikační zařízení. Vypočítat , .

Počáteční údaje.

1. Schéma destilační jednotky (obr. 28). Zařízení se skládá z destilační kolony NA, výměník tepla pro ohřev výchozí směsi T-1, kotel T-2, kondenzátor T-3 a refluxní nádrž E.

Kolona odděluje binární směs. Teploty varu separovaných složek se výrazně liší, v důsledku čehož má kolona malý počet desek a malou výšku. Zpoždění a setrvačnost podél kanálů přenosu rušivých a řídících vlivů jsou relativně malé. Mezi hlavními řízenými (regulovanými) veličinami procesu – složením (teplotami) destilátu a spodním produktem jsou silná vnitřní propojení.

Proud páry opouštějící hlavu destilační kolony obsahuje složky, které za provozních podmínek tepelného výměníku T-3 nekondenzují na inertní plyny. Jsou vypouštěny ze závlahové nádrže k foukání (do palivové sítě).

Provozní režim instalace podléhá velkým a častým poruchám: pokud jde o průtok F a složení XF suroviny; tlakem (průtokem) topného média přiváděného do výměníku T-I a kotle T-2; podle tlaku (průtoku) chladiva přiváděného do kondenzátoru T-3.

„Klíčovými“ kontrolami rektifikačního procesu jsou regulační orgány na zpětném přívodním potrubí do kolony NA a přívody topného média do kotle T-2.

Rýže. 28. Schéma rektifikačního zařízení

2. Nastaví se dynamické parametry objektu: (časové konstanty T; zpoždění τ; koeficient přenosu NA v) prostřednictvím kanálů:

A. „změna polohy regulátoru P01 – spotřeba surovin F» (X R 1 F);

b. “změna polohy regulátoru P02 – spotřeba topidla F 1" (X R 2 F 1 );

b*. “změna polohy regulátoru P02 - teplota suroviny θ F po T-1" (X R 2 θ F);

PROTI. „změna postavení regulačního orgánu P03 - složení destilátu XD» (X R 3 XD);

d. „změna polohy regulátoru P04 - tlak R ve sloupci" (X R 4 P);

d. „změna polohy regulátoru P05 - hladina ve sloupcové kostce“ (X R 5 L);

e. „změna v postavení regulačního orgánu P02 * - teplota suroviny θ F po T-1" (X R 2* θ F);

a. “změna v postavení regulačního orgánu P04 * - tlak P ve sloupci" (X R 4* R);

h. "změna polohy regulátoru P06 - teplota ve spodní části kolony" (X R 6 θ NA);

z*. "změna polohy regulačního orgánu PO6 - teplota θ B v horní části kolony" (X R 6 θ B);

A. „změna polohy regulačního orgánu ROZ - teplota θ B v horní části sloupce" (X P3 θ B);

A * . „změna polohy regulačního orgánu ROZ - teplotaθ NA spodní část sloupce" (X R 3 θ NA).

3. Uvádí se velikosti poruch působících na objekt, vyjádřené v % zdvihu regulačního orgánu:

a) kanál X R 1 F(na základě spotřeby surovin F);

b) kanály X R 2 F 1, X Р2 θ F(tlakem topného činidla P 1 a jeho tepelný obsah q 1);

c) kanál X R 3 XD(podle složení surovin XF);

d) kanál X P4 P(tlakem R 2 chladivo dodávané do kondenzátoru T-3);

d) kanál X R 5 L(podle obsahu tepla q 2 topné médium dodávané do kotle T-2).

4. Jsou stanoveny požadavky na kvalitu procesu regulace (dynamická chyba X max, regulační čas tP, stupeň útlumu přechodových procesů ψ , chyba statického ovládání X cm).

Výchozí údaje pro položku 2 úkolu (položky a - d), položku 3 a položku 4 jsou uvedeny v tabulce. 9, a pro body 2 (f, g, h, i) - v tabulce. 10 počáteční údaje.

Tabulka 9. Dynamické parametry objektu a kvalitativní požadavky na regulační proces

Tabulka 10. Dynamické parametry objektu a kvalitativní požadavky na regulační proces

Kontrolní otázky

1. Kaskádové automatizované řídicí systémy ve schématech řízení procesů. Zásady jejich konstrukce a činnosti. Příklady kaskádových automatizovaných řídicích systémů v průmyslu a energetice.

2. Kombinované automatizované řídicí systémy ve schématech řízení procesů. Principy konstrukce a provozu. Podmínky fyzické proveditelnosti. Příklady kombinovaných automatizovaných řídicích systémů v průmyslu a energetice.

PRAKTIKUM č. 8 (2 hodiny)