3. Расчет настроек непрерывных регуляторов в двухконтурной системе
3.1.Определение многоконтурных систем управления
Качественные показатели (точность в установившемся режиме, динамические показатели - время регулирования, перерегулирование) системы управления должны удовлетворять требованиям технологического процесса. Если этого не происходит, то систему пытаются улучшить либо изменением алгоритма функционирования регулятора (например, за счет введения корректирующих устройств), либо усложнением информационной структуры системы при сохранении типовых алгоритмов (ПИ, ПИД) функционирования регуляторов как элементов этой системы.
Для многих технологических процессов второй прием оказывается более предпочтительным. Это обусловлено следующими причинами:
В одноконтурной системе имеется предел достижимости точности регулирования, вызванный наличием прежде всего запаздывания в регулирующим канале объекта, что нельзя скорректировать за счет усовершенствования алгоритма функционирования регулятора. Если эта предельно допустимая точность не удовлетворяет требованиям технологической работоспособности системы, то одноконтурная система становится принципиально неприемлимой, как бы ни совершенствовался алгоритм управления.
2. Системы управления с более сложными алгоритмами управления теряют робастность и становятся более чувствительными к изменению параметров элементов, образующих эту систему.
Усовершенствование информационной системы управления возможно двумя основными способами.
По первому способу в регулятор вводятся дополнительные сигналы о непосредственном изменении возмущающих воздействий, тогда системы называют системами компенсации возмущения.
Второй способ характеризуется введением дополнительной информации о состоянии объекта, которая изменяется более оперативно, чем управляемая величина.
Например, в системе регулирования давления перегретого пара (котельная установка, котел тепловой электростанции и т.д.) основной управляемой величиной является давление перегретого пара. В качестве дополнительной переменной состояния может рассматриваться расход топлива.
Введение добавочной переменной состояния приводит к появлению новых контуров в структурной схеме, система становится многоконтурной.
В литературе отмечается неоднозначность определения неодноконтурной системы. Так любую динамическую систему (т.е. математическое описание реальной системы в виде дифференциального уравнения n-го порядка), можно представить как n интегральных звеньев, последовательно охваченных обратными связями, т.е. имеющую как бы n-контуров.
Однако чаще неодноконтурность системы рассматривается в информационном смысле. В дальнейшем будем придерживаться определения неодноконтурной системы как системы с контурами, образованными обратными связями, передающими информацию о состоянии объекта управления.
Информационные обратные связи следует отличать от корректирующих обратных связей (рисунок 3.1).
а)
б)
Рисунок 3.1 – а) структурная схема с информационной обратной связью (z);
б) система с корректирующей обратной связью
Введение информационных обратных связей меняет предельную точность регулирования в сторону ее повышения.
Число дополнительных информационных каналов (т.е. число добавочных переменных состояния) определяется требованиями улучшения процесса управления, конструкцией объекта, физическими особенностями его функционирования, наличием аппаратуры контроля.
Замечание. К многоконтурным системам не относят системы с наблюдателем состояния или оценивателем (Мод), использующие для получения информации об изменении добавочных переменных состояния расчеты с помощью модели объекта, а не путем непосредственного их контроля на реальном объекте (рисунок 3.2), т.к. после несложных структурных преобразований становится очевидным, что новых информационных каналов здесь нет, а регулятор за счет добавочного корректирующего устройства стал другим, система является информационно одноконтурной.
а)
б)
Рисунок 3.2. – Структурная схема системы управления с наблюдателем (Мод) состояния