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

входной величины. Уравнение движения такого регулятора имеет следующий вид:

собой величину, обратную инерционному запаздыванию в объектах первого порядка; ее называют опережением первого порядка или прямым предварением. Ранее было показано, что для двухъемкостного объекта, в котором регулируется уровень, справедливо сле­

Таким образом, мы получили уравнение, описывающее пропор­ циональное регулирование по промежуточной переменной.

Введение первой производной в- закон регулирования полностью скомпенсировало инерционное запаздывание, вызванное второй ем­ костью, сделав наш объект как бы одиоемкостным. В этом случае теоретически диапазон пропорциональности может быть сокращен до нуля, а регулятор должен обеспечить «критическое демпфиро­ вание» регулируемого параметра. Однако практически это невоз­ можно.

Коэффициент передачи 2nD/xQ слагаемого с производной стре1 мится к бесконечности по мере, приближения периода колебаний входного сигнала к нулю. Поэтому помехи (случайные периоди­ ческие сигналы) при высокой частоте (малом периоде колебаний) были бы значительно усилены.

Регуляторы обычно состоят из ряда -узлов, при прохождении через которые сигнал несколько запаздывает по фазе. Следовательно, G D никогда не достигает максимального значения, что предотвращает возникновение высокочастотного неустойчивого режима работы ре-

42

При наличии такого воздействия (по первой производной) переход­ ный процесс одного и того же объекта по сравнению с пропорциональ­ ным регулированием улучшается в десять раз. Для сглаживания

регулируемого параметра. При этом контур будет совершать коле­ бания с частотой, в 10 раз большей, чем прежде. Введение первой производной в закон регулирования всегда оказывает такое воз­ действие на переходный процесс, хотя нигде это не проявляется так ярко, как в двухъемкостном объекте.

Для данного контура регулирования время предварения имеет лишь одно оптимальное значение. Не рекомендуется устанавливать время предварения как на очень большом, так и на очень малом значении. Оптимальным значением времени предварения является такое, при котором компенсируется инерционное запаздывание, обусловленное наличием второй емкости в объекте. При Z ) > r 2 выходной сигнал регулятора будет опережать изменение промежу­ точной переменной величины объекта, приводя к преждевременному дросселированию клапана. На рис. 1-24 показано влияние значения времени предварения на переходный процесс в одном и том же объ­ екте регулирования.

В большинстве регуляторов дифференциальная составляющая воздействует на выходную величину быстрее, чем на величину рассогласования. Обычно это не приводит к каким-либо затрудне­ ниям. Однако при пуске установки или после значительного изме­ нения задания регулируемый параметр может выйти за пределы диапазона пропорциональности, а выходная величина достигнуть крайнего значения. Если же элемент предварения воздействует

43

на выходную величину, которая не изменяется, то он начнет рабо­ тать лишь в тот момент, когда параметр достигнет какого-либо значения внутри диапазона пропорциональности. Во избежание перерегулировапия параметра при пуске установки диапазон про­ порциональности регулятора устанавливают достаточно большим, чтобы элемент предварения начал действовать до того, как основная переменная достигнет заданного значения. Зона пропорциональности должна быть по крайней мере не меньше, чем показанная на рис4. 1-22:

В тех случаях, когда элемент предварения в регуляторах дей­ ствует непосредственно на регулируемый параметр или на рассогла­ сование, величина Р должна быть равна 1/10 того значения, которое требовалось бы при одном пропорциональном регулировании, т. е. она должна составлять 20% T 2 / T J .

Уменьшение диапазона пропорциональности прп наличии в за­ коне регулирования первой производной может в некоторых случаях устранить необходимость в интегральной составляющей регулятора. Если при конструировании регулятора нужно сделать выбор между элементами, обеспечивающими воздействие по производной и по интегралу, выбрать нужпо первый из них, так как это позволит повысить одновременно скорость регулирования и устойчивость процесса.

Совместное влияние запаздывания п емкости на переходный процесс

Объекты, обладающие только чистым запаздыванием или состоя­ щие лишь из одной емкости, встречаются крайне редко.

Между объектами, наиболее и наименее трудными для регули­ рования, лежит широкий спектр объектов средней трудности. Хотя большинство объектов с точки зрения динамики достаточно сложны, их поведение в значительной степени может быть смоделировано путем комбинации элемента запаздывания и одной емкости. Диапа­ зон пропорциональности, необходимый для критического демпфиро­ вания одноемкостиого объекта, равен нулю, в то время как для объекта с запаздыванием он неограничен. Следовательно, можно пред­ положить, что требование к величине диапазона пропорциональности связано с отношением времени запаздывания дапного объекта к его постоянной времени. Подобным образом может быть обоснован выбор диапазона пропорциональности для любого объекта. К этому вопросу мы вернемся в главе I I при рассмотрении мпогоемкостиых объектов.

Пропорциональное регулирование. Как видно из рис. 1-25, коптур, включающий объект с чистым запаздыванием и И-регулятор (см. стр. 23), в динамическом отношении аналогичен контуру, со­ стоящему из одноемкостиого объекта с чистым запаздыванием и

44

которых амплитуда колебании в контуре регулирования умень­ шается до У 4 первоначальной величины за один период. Показаны также асимптоты, которыми приближенно может быть аппроксими­ рована эта зависимость:

зрения их регулируемости. При одинаковом отношении постоянных

объекта, обладающего чистым запаздыванием, эта величина в 12,5 раза больше, чем при регулировании двухъемкостиого объекта.

Влияние дифференциальной составляющей. Действие дифферен­ циальной составляющей регулятора иа переходный процесс обратно действию интегральной составляющей. Теоретически дифференциаль­ ная составляющая характеризуется опережением по фазе выходной величины относительно входной, равным 90°, хотя в действитель­ ности из-за ряда ограничений получить опережение более 45° не

46