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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 114

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Схема самонастраивающегося контура приведена на рис. VI.-22. В этом контуре устанавливается определенное соотношение между высокочастотной и низкочастотной составляющими. Элемент с зоной нечувствительности не пропускает шумы и незначительные возму­ щения, что предохраняет коэффициент передачи контура от их воздействия. Астатическое звено, используемое в схеме, служит для установления в состоянии равновесия системы корректирующего сигнала, значение которого зависит от коэффициента передачи

основного

 

контура.

 

 

 

 

 

 

 

 

Период

собственных ко­

 

 

 

 

 

 

лебаний

адаптивного конту­

 

 

 

 

 

 

ра регулирования %а должен

 

 

 

 

 

 

превышать

период

собствен-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

г

Рпс.

V I - 2 1 .

Крпвая

переходного

Рпс. VI-22. Самонастраивающийся

контур

процесса

контура

регулирова­

регулирования с задаипем соотношения ме­

ния

(1) и

ее колебательная

(2)

жду

высокочастотной и

низкочастотной

и апериодическая

(3)

составля­

составляющими

сигнала

рассогласования:

 

 

 

ющие.

 

 

 

1 — объект;

2 —

ПИД-регулятор; з —

высокоча­

 

 

 

 

 

 

 

стотный фильтр; 4 — низкочастотный фильтр.

ных

колебаний

основного

контура

на

величину,

зависящую от

сдвига фаз в фильтрах и интегрирующем устройстве. Следова­ тельно, адаптивный контур реагирует на возмущения значительно медленнее, чем основной. Поэтому при внезапном пзмеиении коэф­ фициента передачи процесса (аналогично работе системы, показан­ ной па рпс. 11-14) действие адаптивного контура незначительно (программная адаптивная система, приведенная на рис. V1-20, в этом случае работала бы лучше).

По сравнению с системами с самонастраивающимися регулято­ рами программные адаптивные системы регулирования обладают большим быстродействием, практически безынерциоппы, менее до­ роги и более надежны. Эти системы уже используются в промышлен­ ности при регулировании температуры в прямоточных паровых котлах п теплообменниках.

Адаптивные системы регулирования в установившемся состоянии. Если динамическая адаптивная система воздействует на пере­ менный динамический коэффициент передачи контура, последний становится равным коэффициенту передачи объекта в установившемся

состоянии.

Рассмотрим регулирование процесса горения, к. п. д. которого определяется соотношением компонентов топливовоздушной смесп,

169

подаваемой в печь. В данном случае основной переменной является к. п. д. установки, который регулируется изменением отношения топлива к воздуху. Тогда коэффициент передачи контура регулиро­ вания в установившемся состоянии

^

= 0

(VI.15)

что соответствует максимуму

на

статической характеристике-

Следовательно, при изменении соотношения компонентов смеси топливо—воздух к. п. д. установки будет снижаться. Такую адапта­ цию систем автоматического регулирования при установившемся со­ стоянии называют оптимизацией. Отметим, что вследствие ряда причин коэффициент передачи контура регулирования при этом мо­ жет быть и не равен нулю.

Если регулируемый параметр представляет собой объективную функцию, которая, как известно, определяет условия течения про­ цесса, то адаптацию можно легко запрограммировать9 . Например, известны оптимальные соотношения смеси топливо-воздух для раз­ личных расходов воздуха и температур. Тогда система регулирования может быть спроектирована так, чтобы она адаптировалась относи­ тельно соотношения расхода воздуха и температуры, причем на­

стройки регулятора в этой

системе зависели бы от расхода, как

в примере с динамической

адаптацией.

В случаях, когда возможно получить достаточно точную мате­ матическую модель процесса, дифференцированием ее может быть составлена программа адаптивного контура регулирования. Обо­

значим через Кг требуемый коэффициент передачи

процесса. До­

пустим, что текущий коэффициент передачи связан

с нагрузкой q

соотношением:

(VI,16)

c=am—qm*

Отметим, что если бы с было прямо пропорциопальпо т, то коэф­ фициент передачи был бы постоянным. Дифференцируя это уравне­ ние по т, получим значение Кг:

•p-=a-,2qm=*Kr

(VI.17)

am

 

Далее, решив уравнение (Vl,17) относительно величины т, являю­ щейся выходным сигналом системы регулирования, получим

(VI.18)

На рис. V1-23 приведена схема адаптивного контура регулиро­ вания, обеспечивающая формирование выходного сигнала в со­ ответствии с равенством (VT,18). Поскольку эта система не имеет обратной связи, опа здесь не рассматривается. Такие системы опи­ саны в главе V I I I .

Самонастраивающийся оптимизатор непрерывного действия дол­ жен самостоятельно анализировать условия протекания процесса, аналогично самонастраивающемуся регулятору. Он должен так изменять регулирующий параметр, чтобы коэффициент передачи объекта в установившемся состоянии отвечал необходимой характе­ ристике. С этой целью нужно непрерывно или периодически опре­ делять изменение коэффициента передачи процесса. Последний,

однако, нельзя измерить непосред­

 

 

ственно, он может быть получен

 

 

как

отношение

изменения

вход­

 

Объект

ного

и выходпого сигналов:

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

dc

dc/dt

 

(VI.19)

 

ndc

 

dm

dm/dt

 

_ е

 

 

 

Rdt

 

 

 

 

 

 

Rdt

 

 

m

Объект

с

 

 

 

+

i.

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

Рис. VI-23. Схема адаптивного кон­

Рпс. VI-24.

Схема регулирования

тура регулированпя без обратпой связи.

с самонастраивающимся оптимиза­

тором.

Если для получения регулирующего воздействия т при ошибке рассогласования е' используется интегральный регулятор, время интегрирования которого равно R, то

dm.

е

~df

i f

Тогда коэффициент передачи процесса составит

dc

Rdc/dt

( V I , 20)

dm

 

 

 

Система проектируется так, чтобы установившееся состояние наступало в том случае, когда коэффициент передачи процесса ста­ новится равным заданному значению Кг. При этом отклонение регулируемого параметра будет равно нулю. Блок-схема такой системы регулирования приведена на рис. VI - 24 .

Оптимизатор такого типа наиболее целесообразно использовать при регулировании быстро протекающих процессов, например про­ цесса горения 1 0 . Если же объект обладает любым, даже небольшим, запаздыванием, вызывающим сдвиг по фазе, это приведет к перере­ гулированию системы. При этом если даже регулятор имеет про­ порциональную и интегральную составляющие, фазовый сдвиг в этом случае из-за наличия нелинейного элемента (делителя) не устра­ няется.

Покажем, что регулятор отрабатывает интегральный закон регу­ лирования. Для этого найдем зависимость т от с при Кг = 0. Так

171

как выходной сигнал делителя является одновременно входным для интегратора, то

откуда

Следовательно

dt

\ dt

)

 

IIЛ If

 

 

 

dc

dm _

I dm \ 2

dm ' ~df ~

\~dt

)

Сокращая на dm/dt п интегрируя по времени, получим

mdm = -^-^dcdt

(VI,21)

Постоянная времени интегрирования

R должна быть выбрана

такой, чтобы прп работе с любым другим интегральным регулято­ ром также происходило демпфирование колебаний контура регулиро­ вания. Однако интегральные регуляторы не могут быть использо­ ваны в объектах, не обладающих самовыравниваннсм.

Делитель системы, приведенной на рис. VI - 24, работает во всех четырех квадрантах, поскольку или знаменатель дроби, или числи­ тель, или они оба могут быть отрицательными. При прохождеиип

ошибки

рассогласования,

являющейся знаменателем, через

нуле­

вое

значение коэффициент

передачи делителя изменяется от -'- оо

до

—

оо

п обратно. Следовательно, система будет обладать

макси­

 

 

 

 

 

мальной чувствительностью к помехам при

установившемся равно­

весии,

т. е. когда ошибка рассогласования

равна

нулю.

 

В

состоянии

установившегося равновесия dcjdt

и dm/dt

равны

нулю.

Поэтому

если исходным состоянием системы является

состоя­

ние покоя с отклонившимся-от необходимого значения коэффициен­ том передачи, то последний при отсутствии возмущающего, воздей­ ствия не изменится.

Алгебраические знаки подачи сигналов в элемент сравнения, показанные на рис. VI - 24, соответствуют случаю, когда прп уве­ личении т коэффициент передачи процесса уменьшается. Тогда кривая с в функции от т проходит через максимум, и регулирование осуществляется при Кг = 0 в этой точке. Если же коэффициент передачи процесса изменяется прямо пропорционально т, то знаки сигналов, подаваемых в элемент сравнения, следует изменить на обратные.

Как было отмечено ранее, данная система при регулировании медленно протекающих процессов не используется. По мере увели­ чения R дифференцирование становится менее точным. В лучшем случае решение аппроксимируется. Это связано с тем, что для умень­ шения помех и повышения стабильности контура регулирования

Смотрите также файлы