13.1 Введение

Определение оптимальных настроек двухконтурных АСР сложнее по сравнению с одноконтурной. Надежное решение задачи возможно только при использовании моделирующих устройств. При этом область приближенных параметров настройки, в которой следует искать точное значение их, находят предварительным расчетом.

Методика таких расчетов базируется на предположении о возможном расчете какого либо контура независимо от другого. Могут быть и случаи, когда расчет двухконтурных систем путем выделения одного контура и расчета его настройки независимо от другого практически определяет параметры, близкие к оптимальным.

Часто встречаются два таких случая:

1. В процессе работы АСР один из регуляторов может быть отключен и в работе участвует только один регулятор.

2. Инерционность одного контура значительно меньше инерционности другого. В этом случае переходные процессы в малоинерционных контурах успевают практически стабилизироваться до того, как они возникнут во втором контуре.

13.2. Двухконтурная АСР с корректирующим и стабилизирующим регуляторами.

Примером такой АСР может быть система регулирования давления пара в паровой магистрали за котлом, поддерживающая давление в этой магистрали путем воздействия на задатчик регулятора тепловыделения в топке котла (рис. 13.1)

Р_пара

пар

(y(t))

РД

РТ

Q

(y₁(t))

у_р(t)

топливо

Рис.13.1.

На рисунке 13.1:

РД – регулятор давления, воспринимающий сигнал по давлению пара _пара за котлом,

РТ – регулятор тепловыделения (регулятор топлива), воспринимающий сигналы от регулятора давления и по тепловыделению в топке котла.

Регулятор давления является корректирующим регулятором, воспринимающим сигнал по давлению пара и восстанавливающим его до прежнего номинального (рабочего) значения при новой нагрузке котла. Эта схема является простейшей разновидностью каскадных систем регулирования.

Для такой АСР можно рекомендовать следующую методику расчета настроечных параметров.

Случай 1.

1. По передаточной функции , которая связывает промежуточную регулируемую величину с регулирующим воздействием (рис. 13.2), находится оптимальная настройка стабилизирующего регулятора в предположении, что корректирующий регулятор отключен.

W_об

P_k Р_ст

W_рк

y_з(t) y_зк(t) у_рст y(t)

W_рcт

(p_зад) (Q_зад) (p)

- - W_об1

y(t) y₁(t)

(p) (Q)

Рис.13.2.

2. Определяется оптимальная настройка корректирующего регулятора. Для него регулируемым объектом является система, состоящая из объекта и контура стабилизирующего регулятора. Поэтому при расчете настроек корректирующего регулятора нужно исходить из передаточной функции эквивалентного объекта.

).

Случай 2.

1. Если инерционность объекта относительно промежуточной регулируемой величины значительно меньше инерционности относительно основной регулируемой величины , то быстродействие регулятора может быть сделано значительно большим быстродействия регулятора . В связи с этим, изменение заданного значения регулятору происходит настолько медленно, что практически этот регулятор успевает поддержать величину почти точно на заданном значении, т.е. в процессе работы = .

Тогда

2. После определения настройки корректирующего регулятора находится оптимальная настройка стабилизирующего регулятора по передаточной функции

,

вытекающей из рисунка 13.3.

y_з(t)

W_об

W_рк

W_об

y(t) y_зк(t)

W_рст

y_рст(t)

y_зк(t)+y₁(t)

Рис.13.3.

13.3. Двухконтурная АСР с дополнительным сигналом из промежуточной точки объекта регулирования

Примером такой АСР является система регулирования температуры пара первичного перегрева (рис. 13.4).

ПП

Д

РТ

КВ (t_пп,⁰C)

y(t)

y₁(t) (t_пп,⁰C)

К_пВ

Рис.13.4.

На рисунке:

КВ – коллектор впрыска;

- основная регулируемая величина (температура пара за пароперегревателем

ПП);

- температура пара за КВ (дополнительная регулируемая величина);

РТ – регулятор температуры пара за ПП;

Д – дифференциатор;

КлВ – клапан впрыска.

В качестве впрыскиваемой воды может применяться общестанционный конденсат, питательная вода, собственный конденсат.

Дифференциатор в системе применен не для реализации ПИД – закона регулирования, а для формирования исчезающего в статике дополнительного сигнала.

Схеме на рисунке 13.4 соответствует структурная схема, приведенная на рисунке 13.5.

f(t)

W_oб(p)

W_oб1

Р_т

W_p(p)

y_з(t) y(t)

t_ппз (t_пп)

- - y_д(t)

Д

W_д(p)

y₁(t)

y(t) (t_пп)

(t_пп)

Рис.13.5.

Для такой АСР можно рекомендовать следующую последовательность расчета настроек.

1. Расчет настроек дифференциатора

Заменяя внутренний контур с обратной связью, в которой имеется дифференциатор, контуром с единичной обратной связью, рабочую структурную схему (рис. 13.5) можно представить в виде структурной схемы, приведенной на рисунке 13.6.

Эта схема принципиально не отличается от структурной схемы системы со стабилизирующим и корректирующим регуляторами. Однако, особенностью ее является то, что корректирующий регулятор в обязательном порядке должен быть

ПИ – регулятором, в котором роль коэффициента передачи играет , а роль времени изодрома – постоянная времени дифференциатора Т_д.

{ ; ; }

Р_k

W_oб(p)

W_oб1

P_cт

W_p(p)

W_д(p)

y_з(t) y(t)

t_ппз

- -

y(t) W_обэ1

y₁(t)

Рис.13.6.

Далее, считая, что внутренний контур значительно менее инерционен по сравнению с внешним, рассчитывают настройку корректирующего ПИ – регулятора по передаточной функции эквивалентного объекта

По найденным настройкам корректирующего ПИ – регулятора находят значения настроечных параметров дифференциатора

; .

2. Расчет настроек регулятора

Исходную структурную схему (рис. 13.5) преобразуют к виду, удобному для расчета настроек регулятора (рис. 13.7).

W_обэ1

W_об(p)

W_p(p)

y_з(t) y_p(p) y(t)

y(t)+y_д(t)

- -

W_д(p)

y_д(t)

W_обэ2(p)

Рис.13.7.

В соответствии с рисунком 13.7 эквивалентный объект, характеристики которого должны быть использованы для расчета настроек регулятора, описывается передаточной функцией

или

.

14. Определение параметров настройки АСР с нелинейными