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

регулируемости-объекта. Однако при этом работа регулятора с об­ ратной связью значительно облегчается.

Для полной ликвидации рассогласования между текущим и заданным значениями параметра в закон регулирования необходимо ввести интегральное воздействие. Введение же пропорциональной и дифференциальной составляющих в закон регулирования опре­ деляется свойствами регулируемого объекта. Эти составляющие выгодно использовать, в частности, при быстрых изменениях на­ грузки. Если объект регулирования не обладает свойством само­ выравнивания, например прп регулировании уровня, то обычно применяют пропорциональные регуляторы. При отсутствии чистого запаздывания в объекте можно использовать регуляторы с воздей­ ствием только по производной, что на практике почти не встре­ чается.

Как правило, применение контуров регулирования по возмуще­ нию оправдано в случае очень трудных для регулирования процес­ сов. При этом интегральное воздействие используется только в регу­ ляторах по отклонению. Эксперименты, проведенные на теплообмен­ никах, не представляющих трудности для регулирования, показали, что пропорциональные и дифференциальные регуляторы с обратной

того, эти регуляторы способствуют возникновению колебаний в кон­ туре регулирования, что может привести к потере устойчивости системы. В этпх случаях уменьшают регулирующее воздействие отдельных составляющих закона регулирования автоматических

параметр примерно в одинаковой степени, то необходимо подать задание на регулятор по возмущению 3 от регулятора по отклоне­ нию 2.

Введение обратной связи в систему регулирования осущест­ вляется заменой ручного задатчика регулятором, реагирующим на отклонение параметра от заданного значения. При этом отпадает

выходной сигнал регулятора с обратной связью равным сигналу задания. При этом система будет работать как обычная система

на систему по возмущению будет поступать переменный сигнал зада­ ния.

214

Характерной особенностью комбинированной системы является выявление внутренних погрешностей работы контура регулирования по возмущению. Для регулятора с обратной связью разность между величиной задания и сигналом выхода является рассогласованием, которое всегда появилось бы, если бы не была использована обрат­ ная связь. По зависимости выходного сигнала регулятора от нагрузки объекта можно определить основные источники рассогласования в такой системе. Отметим, что рассогласование dc, определяемое величиной изменения регулирующего воздействия dm, изменяется обратно пропорционально изменению нагрузки:

т- dm

поведение при изменении задания. Во избежание значительных отклонений в переходном процессе, возникающих в контурах регули­ рования по отклонению, в момент изменения задания регулятор с обратной связью 1 (рис. V I I I - 1 6 ) должен быть переведен на ручное управление. Если задание необходимо менять довольно часто, его можно автоматически вводить непосредственно на регулятор по воз­ мущению 2. Это повлечет за собой установку дополнительного блока, который будет умножать заданное значение ^регулируемого

Последнее невозможно для тех процессов, в которых изменение задания происходит ступенчато. В этом случае значение регулиру­ емого параметра будет отставать во времени от изменения задания и появится ошибка с положительным знаком прежде, чем будет достигнуто новое заданное значение параметра. Автоматический регулятор с обратной связью проинтегрирует эту ошибку и увеличит выходной сигнал, в то время как он должен был бы его умень­ шить. Действие схемы в этом случае аналогично действию схемы регулирования системы перемешивания, приведенной на рис. VI - 14 .

Подобную работу системы регулирования можно изменить, введя элемент запаздывания в линию подачи задания на регулятор (но не на умножающее устройство), т. е. так, как показано на

215

рпс. V I I I - 1 6 . Во избежание перерегулирования блок запаздывания должен быть настроен соответствующим образом.

динамической компенсации необходимо выносить за пределы кон­ тура обратной связи.

Теоретически каждый контур_ регулирования по возмущению должен иметь свой динамический компенсатор. Однако на практике применение динамического компенсатора оправдано только для контуров регулирования расхода, в которых параметр изменяется довольно быстро. На рис. VTII-17 приведено расположение блока опережения-запаздывания в системе регулирования, состоящей из двух контуров регулирования по возмущению и одного контура обратной связи.

Взаимная адаптация. Адаптивной системой регулирования назы­ вают систему, обладающую способностью изменять свои параметры в зависимости от изменения внешних условий и свойств технологи­ ческого объекта. Система регулирования по возмущению может

величины, влияющие иа ход процесса, могут быть неизвестными и переменными во времени. Для оптимального режима работы система регулирования по возмущению должна получить информацию об этих неизвестных величинах. С другой стороны, регулятор с об­ ратной связью способен учитывать такие величины, поэтому введе­ ние сигнала обратной связи в контуре регулирования по возмуще­ нию заставляет контур реагировать на иеизмеряемые возмущения в процессе. Система регулирования по возмущению, в свою очередь,

216

приспосабливает контур обратной связи к изменениям коэффициента передачи объекта. На рис. V I I I - 1 4 приведена кривая переходного процесса при ступенчатом изменении нагрузки для регулирования теплообменника по отклонению.

При увеличении нагрузки переходный процесс является аперио­ дическим. При уменьшении нагрузки на такую же величину откло­ нение параметра возрастает, а переходный процесс имеет характер затухающих колебаний. Это указывает на то, что коэффициент передачи объекта меняется обратно пропорционально изменению расхода жидкости. Аналогичное изменение кривой переходного процесса рассматривалось выше (стр. 64 и 168).

Поскольку коэффициент передачи объекта меняется обратно пропорционально расходу, коэффициент передачи регулятора дол­ жен меняться прямо пропорционально расходу. Система регулиро­ вания теплообменника, приведенная на рис. V I I I - 1 7 , показывает, каким образом это происходит. Величина Т2 для контура обратной связи является входным сигналом, а величина Ws — выходным. Внутри этого контура параметр Т i вычитается из выходного сигнала регулятора с обратной связью и затем полученная разность умно­ жается на величину Wp. Вычитание является линейной операцией, поэтому не влияет на величину коэффициента передачи контура регулирования. Умножение — операция нелинейная, вызывающая изменение коэффициента передачи контура обратной связи прямо пропорционально величине расхода Wp.

Описанная корректирующая адаптация коэффициента передачи контура регулирования не может быть достигнута при введении выходиого сигнала регулятора в систему регулирования в любом другом месте. Если бы выходной сигнал регулятора с обратной связью влиял также на величину К, то коэффициент передачи кон­

Взаимная адаптация показывает, что регулирование по возму­ щению и по отклонению дополняют друг друга. Система регулиро­ вания по возмущению — быстродействующая, несет с собой много информации и достаточно чувствительна, но, как правило, не при­ водит регулируемый параметр точно к заданному значению. Си­ стема же регулирования по отклонению медленнодействующая, но способна поддерживать параметр точно на заданном значении и обеспечить регулирование объекта при неизвестных заранее изме­ нениях нагрузки.

Экономический анализ систем регулирования по возмущению

Регулирование теплообменника по отклонению параметра осуще­ ствляется с помощью только трех элементов — датчика, регулятора и клапана. Добавление же в эту схему контура регулирования

217

по возмущению потребует еще одного датчика температуры, двух датчиков расхода, двух устройств для извлечения квадратного корня, регулятора расхода пара, сумматора, множительного устрой­ ства и блока опережения-запаздывания, т. е. еще девять дополни­ тельных элементов. Такое усложнение системы и удорожание ее должны быть оправданы.

Хотя теплообменники очень часто используются в качестве примера демонстрации принципа регулирования по возмущению, такое регулирование в чистом виде оправдано на этих объектах только в очень редких случаях. Если повышение точности поддержа­ ния температуры продукта па выходе теплообменника экономически не оправдано, то удорожание системы нецелесообразно. Однако внедрение системы регулирования по возмущению будет оправдано, если при этом увеличивается срок эксплуатации теплообменника, экономится греющий пар или уменьшаются затраты иа обслужива­ ние.

Наиболее сильно экономический стимул улучшения работы системы автоматического регулирования проявляется тогда, когда одной из задач регулирования является поддержание требуемого качества конечного продукта высокой стоимости. Чтобы обеспечить требуемое качество продукта даже при некачественном регулирова­ нии, многие технологические операции проводят в небольших ем­ костях, при малой кратности регенерации и завышенном потреблении сырья. При этом скорость окупаемости указанных методов улучше­ ния технологического процесса будет зависеть от производственной мощности предприятия. Поэтому более крупные предприятия будут находиться в более выгодном положении.

Окупаемость САР зависит также от стоимости сэкономленных средств. Система регулирования может работать безупречно, но ее стоимость может быть непропорционально велика по сравнению с той выгодой, которую она дает. Пусть, например, в системе регулиро­ вания теплообменника расход и температура процесса иа входе являются нагрузкой. Если температура продукта на входе в теплообменник практически постоянна или меняется очень медленно, то вполне приемлема система регулирования по отклоне­ нию. При этом число элементов системы регулирования умень­ шится (не будет датчика температуры и сумматора). Вследствие этого стоимость системы автоматического регулирования также уменьшится.

Системы автоматического регулирования по возмущению более предпочтительны но сравнению с другими системами регулирова­ ния в следующих трех основных случаях.

1. Когда регулируемый параметр вследствие частых возмущений в процессе не может удовлетворительно поддерживаться на задан­ ном значении с помощью системы регулирования по отклонению. Такая ситуация возникает в тех случаях, когда изменения нагрузки повторяются с интервалами менее трех периодов собственных коле­ баний системы. Это характерно для большинства колоип, печей

218