Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

регулирования включают временное устройство с задержкой. Схема такого контура при условии увеличения заданного значения пара­ метра приведена на рис. V-16. По достижении параметром значения ег позиционный регулятор выключается и его выходной сигнал становится равным 0%.

Помимо двухъемкостных или одноемкоствых объектов с чистым запаздыванием существует большое количество объектов, регули­ рование которых затруднено. При регулировании, например, двухъ­ емкостных объектов с чистым запаздыванием может быть также

Рпс. V-15. Крпвые переходного процесса двухъемкостпого объекта регулирования позиционными регуляторами с различной програм­ мой работы (—. —. —. —изменение промежуточной переменной).

использована спстема, показанная на рис. V-16, а параметры на­ стройки рассчитаны по уравнению:

« r f = - T , l n ^ - g ^ i 0 0 ( x 2 + T r f ) - ? ( x 2 + T r f + ^ ) ( V f i l )

Включение в контур регулирования линейного регулятора. Опти­ мальные программы переключения в основном были разработаны для позиционных систем регулирования, а также для релейных систем, используемых на транспорте.

В таких контурах при установившемся процессе регулирование не требуется, поэтому исполнительное устройство отключается. Однако же в объектах химической технологии для обеспечения массового и энергетического баланса системы даже в установившемся состоянии необходимо вести непрерывное регулирование.

Поэтому двухпозиционные регуляторы для регулирования таких объектов обычно не применяют.

Контур регулирования с двухпозиционным регулятором можно замкнуть, добавив параллельно в линию обратной связи линейный регулятор. Последний должен включаться по окончании изменения параметра, вызванного изменением его заданного значения. Таким образом, один регулятор будет включаться в работу в установив­ шемся состоянии системы, другой — в неустановившемся.

140

Отклонения нагрузки от номинального значения в такой системе будут учитываться линейным регулятором; при этом на выходе регулирующего устройства формируется соответствующий сигнал. Включение в контур линейного регулятора не влияет на настройку контура с двухпозиционным регулятором. При возникно­ вении рассогласования параметра линейный регулятор должен лик­ видировать его и привести параметр точно к заданному значению.

При значительном изменении заданного значения параметра в линейном регуляторе предусмотрено отключение интегральной составляющей. Система автоматического регулирования для случая увеличения задания приведена на рис. V-17. Опа работает следу­ ющим образом.

сигнал, равный 100%, направляется в объект регулирования. Пред­

дает до 0%. Одновременно включается временное устройство с за­ держкой. Позиционный регулятор остается включенным в контур. Предварительная нагрузка поддерживается на том же уровне.

3. По окончании периода задержки в контур регулирования включается ПИД-регулятор, учитывается текущее значение нагрузки контура и начинает действовать астатическая составляющая ПИДрегулятора. К этому времени отклонение параметра и, соответственно, дифференциальная составляющая должны быть равны нулю. Так как выходной сигнал линейного регулятора будет отвечать началь­ ному значению нагрузки контура регулирования, то отключение одного регулятора и включение другого происходит плавно, без рывков.

Системы автоматического регулирования с двумя регуляторами наилучшим образом реагируют на изменение задания в контуре регулирования. Однако для получения более качественной кривой переходного процесса нужно выбрать правильные значения настро­ ечных параметров обоих регуляторов.

141

В линейном регуляторе пропорциональная, интегральная и диф­ ференциальная составляющие настраиваются обычно, в позицион­ ном — выбираются необходимые значения eh j и td.

Численное значение е, определяется степенью трудности объекта с точки зрения его регулирования. У более сложных объектов регулируемая переменная меньше зависит от нагрузки и может иметь больше .искажений. Неправильная установка значения eL вызовет перерегулирование или чрезмерное демпфирование регу­ лируемого параметра. Установка слишком большого времени за­ держки td приведет к уменьшению значения регулируемого пара­

метра после достижения им задан­ ного значения. Неправильная уста­ новка начального значения нагрузки контура q вызовет скачок при пере­ ключении регуляторов после исте­ чения времени задержки. Влияние указанных отклонении на переходный процесс показано на рис. V-18.

Таким образом, при совместной работе двух регуляторов в одном контуре повышается качество си­ стемы регулирования. Позиционный

регулятор с программным переключением позволяет получить максимальную скорость работы контура и уменьшить амплитуду колебаний регулируемого параметра, а линейный регулятор вслед­ ствие действия астатической составляющей уменьшает ошибку регу­ лирования. Несмотря на то что такие системы регулирования не­ сколько сложнее и дороже обычных, они вполне могут найти при­ менение в промышленности.

Нелинейные ПИД- и ПИ-регуляторы

Выше было показано, что контур регулирования с коэффициен­ том передачи, изменяющимся обратно пропорционально амплитуде сигнала, стремится к предельным колебаниям. Аналогично любой регулятор с такой характеристикой способствует возникновению предельных колебаний в линейном контуре регулирования. К этой же группе относятся и позиционные регуляторы. Следовательно, любой нелинейный элемент, вводимый в контур регулирования для увеличения его устойчивости, должен обеспечивать обратную за­ висимость, т. е. при увеличении амплитуды колебаний параметра коэффициент передачи контура должен возрастать. Так было и в кон­ туре регулирования с трехпозиционным регулятором (из-за имев­ шейся в нем зоны нечувствительности), и в контуре с двумя регуля­ торами, работавшими совместно (из-за наличия в нем линейного регулятора).

Таким образом, для обеспечения хорошей работы контура регу­ лирования нелинейный регулятор должен давать высокий коэф-

142

фыциент передата при больших амплитудах и низкий — при малых, а также иметь астатическую составляющую. Изменение коэффициента передачи с изменением амплитуды может осуществляться непре­ рывно или прерывисто.

Нелинейные регуляторы непрерывного действия. Можно разра­ ботать такой нелинейный регулятор непрерывного действия, в ко­ тором обеспечивалось бы повышение коэффициента передачи контура с увеличением амплитуды колебаний регулируемого параметра. В подобном контуре, в отличие от контура с трехпозиционным регу­ лятором, коэффициент передачи будет больше нуля при нулевом рассогласовании. При этом для уменьшения перерегулирования вводят интегральное воздействие. Но изменение коэффициента пере­ дачи с изменением амплитуды в таком контуре меньше, чем в си­ стеме с двумя регуляторами, работающими совместно. Поэтому он медленнее отрабатывает регулируемый параметр.

Работа нелинейного регулятора непрерывного действия описы­ вается уравнением

(V.12)

Коэффициент передачи здесь связан с абсолютной величиной амплитуды рассогласования параметра. Функция / удовлетво­ ряющая нашим условиям, может быть представлена в виде

чим квадратичную характеристику регулятора, показанную на рис.

степень демпфирования замкнутого контура регулирования различна. Если бы данный объект был линейным и для его регулирования использовался линейный регулятор, то при определенном коэффи­ циенте передачи регулятора можно было бы получить незатухающие колебания регулирования.

На рис. V-19 приведены также характеристики линейных регу­ ляторов с коэффициентами передачи 0,5 и 1. Точки пересечения обеих прямых с параболами образуют ряд областей, в которых демпфирование колебаний параметров различно. В области малых отклонений параметра демпфирование колебаний, до V4 амплитуды за один период сильно затруднено. В двух соседних областях демп­ фирование осуществляется легко, и следовательно, регулируемая переменная быстро возвращается к заданному значению. Имеются еще две области, в которых демпфирование отсутствует; это области

143