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

неустойчивого режима при больших отклонениях параметра от за­ данного значения.

С целью более четкого представления о характере изменения коэффициента передачи на рис. V-20 показана диаграмма «вход— выход» для контура с линейным объектом и нелинейным регулято­ ром. Заметим, что входной сигнал с малой амплитудой очень трудно демпфировать. Теоретически демпфирование колебаний в лилей­ ном контуре может продолжаться бесконечно долго, но в контуре с нелинейной характеристикой, как показано выше, демпфирование происходит за один пли два периода. С другой стороны, значитель­ ный по амплитуде сигнал рассогласования требует такого корректи­ рующего воздействия, которое линейный регулятор не может отра­ ботать. Достаточно большое отклонение параметра может привести

ственно объекта и регулятора.j

к потере устойчивости контура регулирования, поэтому диапазон пропорциональности нелинейного регулятора должен быть настроен на максимально возможное рассогласование параметра.

Как и в других контурах с нелинейными регуляторами, данная система так же реагирует па отклонение параметра от заданного значения, как и система с линейным регулятором. Это объясняется тем, что задание обычно изменяется на большую величину и бы­ стрее, чем нагрузка,, что позволяет получить высокий коэффициент передачи контура. Изменение нагрузки контура проявляется в виде медленного отклонения регулируемой перемепной от заданного значения. Поскольку коэффициент передачи линейного регулятора выше вблизи заданного значения параметра, то при небольших изменениях пагрузкн регулятор работает эффективнее.

На рис. V-21 сопоставлены кривые переходных процессов конту­ ров с линейным и нелинейным ПИД-регуляторами, из которых сле­ дует, что нелинейный ПИД-регулятор лучше реагирует на измене­ ние задания, чем линейный, и хуже — на изменение нагрузки.

Рассматривая работу нелинейного и линейного ПИ-регуляторов, можно отметить, что нелинейный регулятор повышает запас устой-

144

чивоети контура, так же как и дифференциальная составляющая. Особенно целесообразно использовать такой регулятор, если велики помехи при измерении регулируемого параметра и нельзя применить элемент предварения.

Положительным свойством нелинейных регуляторов является также измепение коэффициента передачи контура регулирования при изменении ошибки рассогласования. В случае небольших оши­ бок выходной сигнал регулятора соответствует диапазону пропор­ циональности 4 : 1 и более. Следовательно, при настройке регуля­ тора необходимо выбирать малые значения диапазона пропорцио­ нальности и времени изодрома, чтобы контур не потерял устой­ чивость при работе вблизи заданного значения параметра.

Рпс. V - 2 1 . Кривые переходных процессов контуров с лпнейпьга (а)

Регулирование расхода. Результаты измерения расхода обычно искажаются различного рода помехами. Прн большом диапазоне пропорциональности регулятора помехи несколько ослабляются, но все же воздействуют на регулирующий клапан. Если они велики, под их действием шток клапана может переместиться н изменить расход среды. Нелинейный регулятор, используемый в этом случае, позволяет отфильтровать сигналы с малой амплитудой. В результате плунжер клапана начнет перемещаться плавнее, а контур регули­ рования будет работать более стабильпо.

На рпс. V-22 приведены кривые переходных процессов при ре­ гулирования расхода линейным и нелинейным регуляторами в слу­ чае наличия помех в контуре. Кривые показывают значительно лучшую работу контура с нелинейным регулятором. Этот регулятор эффективно работает также в контуре с пульсирующим расходом среды, когда возмущения носят не случайный характер, а возни­ кают периодически.

Регулирование уровня. При измерении уровня жидкостей возни­ кают помехи, вызванные разбрызгпвапием и турбулентностью среды. Кроме того, иа поверхности жидкости могут быть неза­ тухающие колебания уровня, в результате иа регулятор поступают

периодические сигналы, зависящие от среднего положения уровня. Флуктуации уровня жидкости не могут быть компенсированы пере­ мещением штока регулирующего клапана. Регулятор уровня жидкости не должен их воспринимать, реагируя только на отклоне­ ние среднего уровня от заданного значения; тогда изменения выход­ ного сигнала регулятора, подаваемые на клапан, будут плавными. Таким свойством обладает нелинейный регулятор.

Рис. V-22. Кривые переходных процессов при регулировании рас­ хода линейным (а) п нелинейным (б) ПИ-регуляторами.

В гл. I I I было отмечено, что для демпфирования колебаний расхода в системе часто используют дополнительные емкости, в ко­ торых регулируется уровень жидкости. В этом случае пропорцио­ нальное регулирование недопустимо, следует применять ПИ-регу- ляторы плп, что еще лучше, — нелинейные. Последние, как было

20%г

100%

Рис. V-23. Кривые изменения уровня и расхода при регули­ ровании нелинейным ПИ-регулятором.

показано выше, не реагируют на флуктуации уровня жидкости и хорошо воспринимают достаточно большие отклонения параметра от заданного значения, что обеспечивает высокое качество регули­ рования.

146

МНОГОКОНТУРНЫЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Г Л А В А VI

ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКОНТУРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПОВЬППЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ

В этой главе рассматриваются схемы регулирования нескольких параметров процесса путем изменения одной регулирующей вели­ чины, которая является независимой переменной. Такой контур регулирования может реагировать только на одно задающее воз­ действие. Последнее пмеет лишь одну степень свободы и поэтому не должно представлять собой комбинацию нескольких регулиру­ емых параметров. Так, в системах каскадного регулирования на конечный элемент воздействует промежуточная, или вспомогатель­ ная, регулируемая величина, зависящая, в свою очередь, от основ­ ной регулируемой переменной. В системах регулирования соотно­ шения поддерживается, постоянная, рассчитываемая заранее, мате­ матическая комбинация двух и более параметров процесса.

При избирательном регулировании на копечный элемент си­ стемы подается воздействие от одного или нескольких регулиру­ емых параметров в случае выхода их за установленные пределы из­ менения, независимо от причины этого изменения. В адаптивных системах регулирования * автоматически изменяется настройка ре­ гулятора или структура схемы с целью обеспечения заданного ка­ чества регулирования определенных комбинаций регулируемых па­ раметров. Общей чертой всех этих систем является то, что па ко­ нечный элемент подается регулирующее воздействие от двух и более контуров регулирования.

в качестве задания на другой. Основной и вспомогательный пара­ метры объекта подаются соответственно в виде входных сигналов на эти регуляторы. При этом только основной регулятор имеет независимое задание. Выходной сигнал вспомогательного регулятора

* В отечественной литературе адаптивные системы регулирования назы­ вают также самоприспосабливающимися. — Примеч. ред.

149