Якість процесів регулювання

Придатність АСР для практичних цілей визначається, поряд з аналізом її стійкості, також якістю перехідних процесів, до яких ставляться вимоги, що зв’язані з характером роботи теплоенергетичного об’єкта.

В реальних системах під якістю регулювання розуміють сукупність показників або критеріїв, які дозволяють оцінити характер відхилення регульованої величини під дією збурень і судити про те, наскільки система задовольняє поставлені вимоги за даними конкретними обмеженнями.

Технологічні установки як об’єкти керування характеризуються такими особливостями:

• значні за амплітудою і довготривалі відхилення регульованого параметра не тільки погіршують економічні показники роботи основного обладнання, а й підвищують імовірність його пошкодження. Наприклад, підвищення температури перегріву пари вище допустимого значення може призвести до пошкодження труб пароперегрівника. У цьому випадку якість АСР зв’язана із довговічністю роботи обладнання;

• короткочасні, але значні відхилення, так звані "викиди", регульованої величини також можуть призвести до пошкодження обладнання. Наприклад, підвищення рівня у барабані парового котла може бути причиною закидання води у паропровід і пошкодження турбіни. Та­ким чином, якість АСР тісно пов’язана з надійністю роботи обладнання;

• незначні, але довготривалі і систематичні відхилення регульованої величини можуть призвести до погіршення економічності тієї чи іншої ділянки процесу або установки в цілому. Наприклад, відхилення вмісту кисню у димових газах від оптимального значення призводить, навіть при незначному зниженні ККД парових котлів, до відчутної перевитрати палива. Якість АСР на цій ділянці тісно пов’язана з економічніcтю роботи обладнання.

Для оцінки якості АСР використовують такі показники:

1. Час регулювання τ_p, за який відхилення регульованого параметра від усталеного значення стає меншим заданої величини Δ (рис. 3.2). Звичайно, Δ ≤ 0,05y₁.

Рис. 3.2. Оцінка якості АСР щодо перехідного процесу

2. Динамічний вибіг, або динамічна похибка y₁ як найбільше відхилення регульованої величини від заданого значення.

3. Статична похибка δ після закінчення перехідного процесу. Вона складається із похибки, що визначається залишковою нерівномірністю для пропорційних законів регулювання, і похибки, яка викликана наявністю різних відхилень системи від норми (тертя, зазори, неточності виготовлення пристроїв тощо).

4. Ступінь затухання коливань регульованого параметра ψ = (y₁-y₃)/ y₁

Установлено, що для більшості АСР найкращим є перехідний процес із ψ =0,7-0,8.

5. Перерегулювання σ = (y₂/у₁)100 %. Цей показник може змінюватися від нуля (при неколивальному аперіодичному процесі) до 100% (при незатухаючих коливаннях постійної амплітуди).

Існують також непрямі методи аналізу якості АСР.

А. Прямий, або лінійний інтегральний критерій Ј_n, що дорівнює алгебраїчній сумі площ, які знаходяться між кривою регульованої величини у(τ) та віссю часу τ: Оптимальний за значен­им лінійний інтегральний критерій дорівнює мінімально можливій площі між кривою у(τ) та віссю τ.

Такий критерій можна застосовувати тільки для оцінки якості аперіодичних і швидко затухаючих перехідних процесів. Якщо коливальність процесу значна, можна помилитися. Наприклад, для незатухаючих коливань, найгірших з точки зору якості, критерій Ј_n дорівнює нулю, тобто своє­му гранично оптимальному значенню.

Б. Модульний інтегральний критерій Ј_м використовується для оцінки якості коливальних процесів, у тому числі повільно затухаючих:

У цьому випадку значення функції |y(τ)| та критерія Ј_м не залежать від знака змінної величини.

В. Квадратичний інтегральний критерій також застосовують для оцінки якості повільно затухаючих процесів:

Вид і якість перехідних процесів визначається властивостями об’єкта регулювання, типом автоматичного регулятора і значенням його настроювань.

На практиці найчастіше застосовують відносно складні пропорційно-інтегрально-диференціальні або ПІД-регулятори, які являють собою паралельне з’єднання трьох простих регуляторів: пропорційного 1 (рис.3.3); інтегрального та диференціального. На входи цих простих регуляторів подається сигнал у= у-у_3, який називається розузгодженням і дорівнює різниці між поточним значенням регульованого параметра у і його заданим значенням у_3. Якщо у0, то на вході регулятора з’являється управляючий сигнал

де К_р – коефіцієнт передачі регулятора:

К_р =х_р /у;

Т_і – стала часу інтегрування, с;

Т_д – стала часу диференціювання, с.

Рис. 3.3. Спрощена структура схема АСР з ПІД-регулятор

Ці три коефіцієнти є настоюваннями регулятора, їх можна змінювати в залежності від властивостей об’єкта управління ОР і від вимог до показників якості перехідного процесу регулювання. Функціональна залежність між вихідною х_р і вхідною у величинами регулятора називається законом регулювання х_р =f(у). Знак «-» у рівнянні закону регулювання пояснюється тим, що дія х_р направлена у протилежний бік зміні регулювальної величини у , тобто якщо у збільшується, то х_р відповідно зменшується і навпаки.