5.2 Выбор регулятора и расчет его настроек

Выбор регулятора производится на основе имеющихся динамических (Т_о и τ_о) и статических характеристик (К_о) объекта регулирования по принятому каналу управления, требованиям к показателям качества процесса регулирования, функций и структуры схемы автоматизации. Системой автоматического регулирования является стабилизация расхода воды в зумпф насоса гидроциклона третьей стадии с коррекцией по плотности слива.

α

О1

О2

_к Q_в

-

Р1

Р2

З1

Рис. 7. Модель объекта со стабилизирующим и корректирующим регуляторами

Система 2-х контурная. Рассмотрим сначала первый контур и определим настройки регулятора стабилизирующего контура.

Переходная характеристика стабилизирующего контура должна удовлетворять следующим условиям:

- Допустимое перерегулирование σ ≤ 20%

- Остаточное отклонение δ=0;

- Предельно допустимое время переходного процесса t_p ≤ 4T₀₁ ;

- Динамический коэффициент регулирования R_д ≤ 0,45;

Параметры объектов:

- первого: k₀₁ = 1, T₀₁ = 10 c, τ₀₁ = 3 c^-1;

- второго: k₀₂ = 0,38, T₀₂ = 92,3 c, τ₀₂ = 27,9 c^-1.

Тип регулятора выбираем по отношению запаздывания к постоянной времени объекта по каналу регулиования τ₀ /T₀:

Так как τ₀ /T0 = 0,3 > 0.2 – выбираем непрерывный регулятор.

Далее производим выбор закона регулирования – подходит ПИ-закон.

Уточненный выбор закона регулирования производим по монограмме R_д - τ₀ /T₀.

При R_д = 0,45 и процессе с 20% перерегулированием получается ПИ-регулятор.

Далее проверяем, обеспечит ли выбранный по R_д закон, заданное время регулирования. Для этого используем графические зависимости t_p / τ ₀ - τ₀ /T₀.

Так как выбранный закон обеспечивает требуемое время регулирования, следовательно, окончательно принимаем предварительно выбранный закон регулирования – это ПИ-закон.

Аппроксимируем полученную переходную характеристику объекта таким образом, чтобы она соответствовала переходной характеристике инерционного звена 1-го порядка с запаздыванием.

Такая аппроксимация позволяет использовать инженерную методику расчёта настроечных параметров регуляторов для сложных объектов управления. При этом сложные объекты заменяются простыми, обладающими схожими временными характеристиками. Для простых объектов легко можно определить оптимальные настроечные параметры регуляторов, обеспечивающие тот или иной тип переходного процесса по инженерной методике расчёта.

Аппроксимацию переходной характеристики объекта осуществляют следующим образом. В точке наибольшего наклона (наибольшей крутизны) переходной характеристики проводят касательную рис. 8 и полагают, что передаточная функция объекта может быть записана следующим образом:

,

Где , Т_о, - соответственно, передаточный коэффициент, постоянная времени и запаздывания объекта.

Рис. 8 - Аппроксимация переходной характеристики объекта

Динамические характеристики объекта управления определяем по графику: k_o=1; T_o=17c; τ_о=3 с^-1;

Далее вычислим значения настроечных параметров регуляторов для статических объектов. Так как у нас тип переходного процесса – 20%-ное перерегулирование и закон регулирования – ПИ, формулы для вычисления значений параметров будут иметь следующий вид:

;

Т_и= _о + 0,3Т_о = 8,1.

Тогда передаточная функция регулятора будет иметь следующий вид:

Установив эти рассчитанные значения параметров регулятора, снимаем переходную характеристику (рис. 9) по каналу « ».

Рис. 9. Разгонная характеристика по каналу « »

Как видно из рис. 9 переходный процесс колебательный неустойчивый. Это связанно с тем, что настроечные параметры регулятора определялись по аппроксимированной переходной характеристике объекта, соответствующей статическому звену первого порядка с запаздыванием. Найдем оптимальные настроечные параметры регулятора, обеспечивающие требуемый характер переходного процесса методом цифрового моделирования (20% перерегулирование).

Оптимальные настроечные параметры регулятора:

k_р1 = 0,5; T_и1 = 3,2 c.

Рис. 10. Разгонная характеристика по каналу « » с оптимальными настроечными параметрами

Далее снимаем разгонную характеристику по каналу «З1 – α_-0,074» со стабилизирующим регулятором (рис. 11).

Рис. 11. Разгонная характеристика объекта по каналу«З1 – α_-0,074» со стабилизирующим регулятором

Аппроксимируя динамическую характеристику получаем следующий результат: К_со=0.37, Т_со=187,5с, τ_со=12,5с, τ_со/T_со=0.06. По соотношению τ_со/T_со выбираем релейный регулятор.

По сформулированным требованиям к качеству переходного процесса выбираем процесс с 20% перерегулированием.

По номограммам предварительно выбираем закон регулирования. В соответствии с R_д и определенным ранее соотношением τ_со/T_со предварительно выбираем ПИ – закон регулирования. По расчетным формулам для статических объектов и типовых переходных процессов находим:

;

с.

Затем снимаем разгонную характеристику сложного объекта по каналу « » с корректирующим регулятором.

Рис. 12. Разгонная характеристика объекта по каналу« » с корректирующие регулятором

Подбирая настройки регулятора добиваемся необходимого качества переходного процесса (процесс с 20% перерегулированием), таким образом, получим следующие значения:

;

.

Рис. 13. Разгонная характеристика объекта по каналу« » с корректирующие регулятором при оптимальных значениях

В качестве промышленного регулятора реализующего выбранные законы регулирования, принимаем:

1. Для основного канала – регулятор РС – 29,012

2. Для корректирующего канала – регулятор Р – 17,1

Регулирующие прибору РС – 29 осуществляют масштабирование и суммирование различных входных сигналов и прием сигнала задания. Они обеспечивают усиление, демпфирование и индикацию сигнала рассогласования. Совместно с исполнительным механизмом (ИМ) постоянной скорости регулятору формируют ПИ или ПИД законы регулирования и позволяют осуществлять ручное управление ИМ. В них предусмотрена индикация положения вала ИМ оснащенного реостатным или индуктивным датчиками положения, а так же аналого–релейное преобразование по двум каналам с индикацией срабатывания.

Выходными сигналами приборов РС – 29 являются унифицированные сигналы постоянного тока, сигналы дифференциально-трансформаторных преобразователей (ДТП), термопреобразователей сопротивления (ТС), термоэлектрических преобразователей, реостатных и индуктивных датчиков положения вала ИМ.

Для данной системы выбираем регулирующий прибор РС – 29 имеющий следующие показатели:

Выходные сигналы:

• 0 – 5 мА

• 0 – 10 В

• Переменный ток от реостатного и индуктивного датчика указателя положения вала ИМ.

Выходные сигналы:

• Напряжение постоянного тока -10 - +10 В

Приборы РС – 29 предназначены для щитового утопленного монтажа. Органы статической и динамической настройки, используемые при наладке прибора, расположены на боковой стенке, доступ к которой обеспечивается при частичном выдвижении массы из корпуса, без нарушения электрических соединений.

Техническая характеристика корректирующего регулятора Р – 17.1 приведена в таблице 9.

Таблица 9 Техническая характеристика регулятора Р – 17.1

Наименование параметра	Значение параметра	Примечание
Тип входного сигнала	0-10 мГн 0-5 мА 0-10 В	R=1.5*103 R=100 Ом R=10 Ом
Тип выходного сигнала	0-10 В 5 мА 20 мА 4-20 мА	R=10 кОм R=0-2.5 кОм R=0-1 кОм
Напряжение питания	~220 В, ±15%	I=50 Гц