1.4. Сар підтримки висоти шару окатишів (пвшо), що подаються в піч

Рекомендуються такі розділи:

Схема САР ПВШО.

Оптимізація П-регулятора.

Оптимізація ПІ-регулятора.

Схема САР підтримки висоти шару окатишів (ПВШО)

Побудуємо САР за класичним принципом управління за відхиленням. При цьому в контур, поряд з об'єктом управління увійдуть виконавчий пристрій, яким буде керований тиристорний випрямляч, вихідна напруга якого повинно змінюватися в межах 520 - 680 В, що забезпечить швидкість конвеєра у всьому діапазоні, від 1.3 м/сек до 1.5 м/сек, а також регулятор, пристрій порівняння і датчик висоти шару окатишів.

Природно, в курсовому по проектуванню студент повинен вибрати конкретні пристрої, обгрунтувати цей вибір і представити їх характеристики, необхідні для побудови їх моделей, у тому числі коефіцієнти підсилення і постійні часу, а також статичні характеристики для нелінійних елементів, якщо такі є.

Для підвищення наочності моделі САР у зворотний зв'язок послідовно з датчиком введемо підсилювач, з таким підсиленням, що загальне посилення зворотного зв'язку стане рівним одиниці. Це дозволить ставити завдання на вході САР прямо в мм.

Особливістю проектованої САР є негативний нахил статичних характеристик об'єкта управління по напрузі на якорі двигуна. Для обліку цієї обставини, з тим щоб забезпечити заперечність зворотного зв'язку, слід ввести інвертування знака вихідного сигналу пристрою порівняння, тобто помилки регулювання.

В результаті схема САР прийме вид, представлений на рис.1.17 (див. нижче), де в якості регулятора попередньо використовується П-регулятор.

Оптимізація П-регулятора

Класична методика оптимізації коефіцієнта посилення П-регулятора САР полягає в наступному.

- Лінеаризувати елементи САР.

- Побудувати ЛАЧХ і ЛФЧХ разомкнутого контуру лінеаризованої САР.

- Поставити хороші запаси стійкості по фазі і амплітуді зміною коефіцієнта посилення контуру.

Звідси визначається наближене значення посилення П-регулятора, яке потім можна уточнити методом цілеспрямованого підбору підсилення для отримання необхідного перерегулювання.

Надамо зробити це дипломникам самостійно, тим більше що методика різних способів оптимізації докладно розглянута в лабораторній роботі [1].

А тепер розглянемо, як альтернатива, спосіб настройки П-регулятора без проведення лінеаризації САР. VisSim дозволить мінімізувати трудомісткість цього способу.

Задамо номінальні значення завдання і обурення в нелінійній моделі САР з тим, щоб об'єкт знаходився в робочій точці лінеаризації. А потім подамо порівняно малі збільшення завдання і обурення (на +10 мм і -3т/год відповідно), які визначені методом проб, що дозволить САР працювати за цим приростом в лінійному режимі. Для того щоб розрізняти реакцію САР на ці прирости впливів, подамо їх у різний час, зі зміщенням по часу один щодо одного.

Примітка. Визначення величин збільшень вимагає певної інтуїції, з тим, щоб забезпечити лінійність по ним САР. Межі допустимих значень таких збільшень можна визначити експериментально, починаючи з дуже малих значень і послідовно збільшуючи їх до тих пір, поки не проявиться нелінійність. Останнє можна визначити по якісному змінюванню характеру перехідних процесів.

Залишається, варіюючи значення коефіцієнта посилення П-регулятора і запускаючи моделювання, вивести САР на кордон стійкості, про що буде свідчити наявність коливань у вихідному сигналі дуже повільно загасаючих або зростаючих протягом декількох періодів:

Рис. 1.17. САР стабілізації висоти шару окатишів з П-регулятором близька до кордону стійкості. Коливання в контурі, викликані ступінчастими змінами завдання і обурення слабо, протягом багатьох періодів загасають. Для збільшення наочності коефіцієнт посилення П-регулятора дещо занижений в порівнянні з критичним значенням. Знак мінус коефіцієнта посилення П-регулятора враховує негативний нахил статичної характеристики об'єкта управління (підсистеми формування шару окатишів) за керуємою величиною - напругою на якорі ДПТ

Для забезпечення запасу стійкості по амплітуді слід зменшити коефіцієнт посилення П-регулятора в 2 - 10 разів. Запускаючи моделювання, можна безпосередньо переконатися, що зменшення коефіцієнта посилення П-регулятора нижче 0.18 виводить систему за кордон лінійності. Тому обмежимося зменшенням коефіцієнта підсилення в два з половиною рази з 0.5 - критичного, до 0.2.

Рис.1.18 САР стабілізації висоти шару окатишів з оптимальним П-регулятором має не дуже великий запас стійкості по амплітуді 8 дБ (20lg [2.5] = 8 дБ). Якість стабілізації дуже низька: помилка усталеного режиму становить 20% завдання, що свідчить про недостатню величину статичного коефіцієнта посилення контуру, коливання перехідного режиму велико - в цьому сенсі статичний коефіцієнт посилення контуру надмірно великий. Ці вимоги, що суперечать один одному, використовуючи П-регулятор, виконати не можливо

Як видно, П-регулятор не забезпечує гарної якості регулювання, тому доведеться перевірити, чи впорається із завданням стабілізації ПІ-регулятор, більш досконалий, ніж П-регулятор.

Оптимізація ПІ-регулятора

Для визначення оптимальних настроювальних параметрів ПІ-регулятора слід визначити найбільшу постійну часу розімкнутого контуру лінеаризованої в робочій точці САР. Методика лінеаризації та оптимізації параметрів викладена у методичних вказівках до лабораторних робіт 6, 7-2 і 7-3 [1,2]. Запропонуємо зробити це студенту самостійно.

Розглянемо і наближений спосіб оцінки оптимальних параметрів ПІ-регулятора. В якості наближеного значення постійної часу можна вибрати найбільшу з постійних часу елементів контуру. В даному випадку такою є постійна часу ДПС, рівна в різних моделях 0.18 - 0.22 сек, (див. рис. рис. 1.14). Приймемо значення постійної часу рівним 0.21 сек і цілеспрямовано варіюючи коефіцієнт посилення ПІ-регулятора доб'ємося короткого по тривалості перехідного процесу з малим перерегулюванням, що викликається малими приростами впливів (завдання і обурення):

Рис.1.19 САР ПВШО з оптимізованими параметрами ПІ-регулятора має хороші показники якості. На шостій секунді завдання змінюється на + 10 мм, а на 14-й секунді обурення (швидкість подачі окатишів) зменшується на 10 т/год. Час відстеження становить в даному випадку 1 сек, а час компенсації обурення дорівнює 2 сек

Параметри ПІ-регулятора, близькі до оптимальних: коефіцієнт посилення рівний -0.05 і постійна часу дорівнює 0.21 сек. Зазначимо, що з 14 по 16 секунду тиристорний випрямляч працює в нелінійному режимі, підтримуючи мінімально можливу напругу на виході, рівною 520 В. Проте, САР справляється з завданнями стеження і стабілізації. Нелінійність об'єкта управління при настільки малих змінах впливів не проявляється.

Висновки. Модель САР стабілізації висоти (товщини) шару окатишів, що подаються конвеєром в піч побудована, оптимізована і досліджена. Якість регулювання отриманої моделі гарна і вона може бути рекомендована для розробки на її основі проекту технічної реалізації САР. Питання реалізації САР в цих вказівках не розглядаються, як і інші, пов'язані з технікою безпеки, охороною праці, екологією, економікою і пр.