Регулирование объектов с запаздыванием. Понятие расширенного объекта.
Большинство технологических объектов характеризуется наличием чистого запаздывания в каналах регулирования. Запаздывание, возникающее при протекании потока вещества по длинным трубопроводам, носит название транспортного запаздывания. Запаздывание возможно и в результате использования в системе регулирования периодически действующих приборов или регуляторов, таких, как газовый хроматограф или цифровая вычислительная машина, включенная в цепь обратной связи.
Из-за значительного чистого запаздывания в объекте автоматизации существенно снижается качество регулирования при использовании обычных промышленных регуляторов.
Д
аже
при оптимальных настройках регуляторов
качество процессов регулирования тем
хуже, чем больше и само запаздывание, и
его отношение к постоянной времени
объекта τ/Т.
В практике регулирования объектов с запаздыванием принято считать, что если отношение τ/Т превышает 0,2, то применение обычной непрерывной АСР со стандартным регулятором не обеспечит удовлетворительного качества регулирования.
В тех случаях, когда к качеству переходных процессов в системе регулирования предъявляют высокие требования, целесообразно использовать специальные регуляторы или алгоритмы, обеспечивающие компенсацию чистого запаздывания. Примером такого регулятора является регулятор Смита. Он представляет собой замкнутую систему, состоящую из обычного регулятора и модели объекта, включенной в линию обратной связи к регулятору.
Уравнение модели объекта выводится из условия, чтобы желаемая передаточная функция объекта по каналу регулирования не содержала звена чистого запаздывания. Представим истинную передаточную функцию объекта в виде произведения W(р)= W0(р)е-рτ .
Условие компенсации запаздывания запишется в виде равенства W0(р)е-рτ+ Wм(р)= W0(р).
Д
ля
сравнения на рисунке приведены процессы
регулирования одного и того же объекта
ПИ-регулятором (1) и регулятором Смита
(2).
К недостаткам регулятора Смита, кроме сложности его структуры и аппаратурной реализации, относится высокая чувствительность к параметрам настройки модели. Ошибки в настройке модели, вызванные неточностью априорных знаний о характеристиках объекта или нестационарностью его свойств, могут привести не только к ухудшению качества переходных процессов, но и к потере устойчивости системой регулирования. Поэтому практические рекомендации по выбору систем регулирования объектов с чистым запаздыванием заключаются в следующем:
- использование специальных регуляторов с компенсацией запаздывания целесообразно лишь при отношении τ/Т >0,5-0,7;
- при изменении параметров объекта более чем на 20% от номинальных значений требуется коррекция настроек параметров модели;
- при наличии высокочастотных возмущений в объекте использование регуляторов с компенсацией запаздывания нецелесообразно.
Передаточная функция регулирующего клапана. Передаточные функции первичных преобразователей давления, расхода, уровня, температуры.
