5.2 Выбор регулятора и расчет его настроек

При выборе регулятора необходимо, исходя из особенностей, назначения и требований технологического процесса, сформулировать требования к показателям качества процесса управления и определить динамические параметры управляемого объекта по каналу регулирования.

Динамические параметры управляемого объекта по каналу регулирования, определяемые по экспериментальным динамическим и статическим характеристикам, следующие:

• Коэффициент передачи k_об, размерность которого представляет собой отношение изменения регулируемой величины к ходу исполнительного механизма (в процентах);

• Время запаздывания τ_о, с;

• Постоянная времени Т_о, с.

В соответствии с кривой разгона объекта по каналу «положение шибера «α_Ш – уровень пульпы во флотомашине ΔН» (рис. 18) объект относится к статическим объектам, т.е. к объектам с самовыравниванием.

Требования к качеству переходного процесса:

R_д=0,45 – динамический коэффициент регулирования;

σ=20% - перерегулирование;

t_p=4T_o – время регулирования.

Под выбором регулятора понимается выбор закона регулирования.

Закон регулирования выбирают следующим образом:

1. Тип регулятора выбирают по отношению запаздывания к постоянной времени объекта:

Т_о=15, τ_о=5.

τ_о/Т_о=5/15=0,3

Так как τ_о/Т_о>0.3, то выбираем релейный регулятор.

2. По заданным требованиям к качеству переходного процесса выбираем вид типового переходного процесса, удовлетворяющий этим требованиям. В данном случае это процесс с 20%-ным перерегулированием, при котором допускается некоторое перерегулирование, позволяющее снизить максимальное динамическое отклонение. Время первого полупериода колебаний минимально и колебательность ψ=0,95-0,85.

3. Производим предварительный выбор закона регулирования, руководствуясь следующим:

1)ПИ-регулятор применяется для автоматизации любых объектов;

2)ПИ-регулятор обеспечивает регулирование без статической ошибки;

3)ПИ-регулятор значительно уменьшает максимальное динамическое отклонение регулируемой величины.

4. Уточненный выбор закона регулирования производим, используя графические зависимости «R_д-τ_о/Т_о». Выбранный закон обеспечивает требуемый динамический коэффициент регулирования R_д=0,45 при τ_о/Т_о =0,3 и далее производится проверка этого закона на время регулирования по номограммам «t_p/τ_o- τ_o/T_o». t_p/τ_o=12. Выбранный закон обеспечивает необходимое время регулирования t_p , следовательно, окончательно выбираем ПИ-закон регулирования.

Расчет величин настроечных параметров регулятора производим расчетным способом, основным на представлении объекта управления инерционным звеном первого порядка с запаздыванием:

Для этого метода разработана номограммы и формулы для каждого закона регулирования и каждого типового переходного процесса. Для ПИ-регулятора (процесс с 20%-ным перерегулированием) используем формулы 5.2.1. и 5.2.2.

(5.2.1)

(5.2.2)

Проверка по номограммам расчетных значений параметров настройки подтвердила их идентичность.

В реальной системе регулирования для реализации ПИ-закона в работе принят регулятор типа РС-29. Для установки значений параметров настройки на реальном регуляторе необходимо перейти от рассчитанных параметров к установочным.

Установив эти рассчитанные значения параметров регулятора, снимаем переходную характеристику (рис. 23) по каналу « ».

Рисунок 22 – К снятию разгонной характеристики по каналу « »

Рисунок 23 – Разгонная характеристика по каналу « » по возмущению

Как видно из рис. 23 величина перерегулирования в переходном процессе превышает 20%. 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.

Оптимальные настроечные параметры регулятора:

k_р1 = 2.5; T_и1 = 8.1 c.

Установив оптимальные значения параметров регулятора, снимаем переходную характеристику (рис. 25) по каналу « ».

Рисунок 24 – К снятию разгонной характеристики по каналу « »с оптимальными настроечными параметрами

Рисунок 25 – Разгонная характеристика по каналу « » по возмущению с оптимальными настроечными параметрами

Далее снимаем разгонную характеристику по каналу «З1 – Qcu» со стабилизирующим регулятором (рис. 27).

Рисунок 26 – К снятию разгонной характеристики по каналу«З1 – Qcu» со стабилизирующим регулятором

Рисунок 27 – Разгонная характеристика объекта по каналу«З1 – Qcu» со стабилизирующим регулятором

Аппроксимируя динамическую характеристику, получаем следующий результат: К_со=0.01, Т_со=3500с, τ_со=500с, τ_со/T_со=0.14. По соотношению τ_со/T_со выбираем регулятор с широтноимпульсным выходным сигналом.

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:

; (5.2.4)

с. (5.2.5)

Затем снимаем разгонную характеристику сложного объекта по каналу « » с корректирующим регулятором (рис. 29).

Рисунок 28 – К снятию разгонной характеристики по каналу «З1 – Qcu» с корректирующим регулятором

Рисунок 29 – Разгонная характеристика объекта по каналу« » с корректирующим регулятором

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

;

.

Рисунок 30 – К снятию разгонной характеристики по каналу « » с корректирующим регулятором при оптимальных значениях

Рисунок 31 – Разгонная характеристика объекта по каналу « » с корректирующим регулятором при оптимальных значениях

В качестве промышленного регулятора, реализующего выбранные законы регулирования, принимаем:

1. Для основного канала – регулятор РС-29

2. Для корректирующего канала – регулятор Р-17.1

Регулирующие приборы 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 регуляторы 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 6.

Таблица 6 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