Учебное пособие КТС

3. Постановка задачи

По заданной структурной схеме системы автоматического регулирования программно реализовать схему управления с двух-

позиционным регулятором с возможностью оперативного контроля и управления с помощью лицевой панели блока контроллера, ис- пользуя для этого алгоритмы ОКД, ГРА, ГРК и ГДВ.

Схема конфигураций алгоритмов программы блока контрол-

лера для системы двухпозиционного регулирования показана на рис. 91.

По схеме конфигураций алгоритмов самостоятельно соста- вить таблицы «Состав конфигураций», «Конфигурация алгорит- мов» и «Параметры настройки».

При настройке двухпозиционного регулятора порог срабаты- вания установить 0,25%, гистерезис 0,5%. В настройках алгорит-

мов оперативного управления и контроля сигналов надо иметь в виду, что 100% входного сигнала соответствует 6000С. На входе NZ задать формат контроля аналоговых сигналов (NZ=8)

02−ВАА07−03 03− ГРА95− 01 04− ПОР59− 01 05 − ГДВ97 − 01

Рис.91. Схема конфигураций алгоритмов контроллера Р-130

двухпозиционного регулирования температуры нагревательной печи

234

4. Порядок выполнения работы

1.Выполнить процедуры установки, конфигурирования и на- стройки алгоритмов.

2.Установить код комплектности и перейти в режим работа.

3.Установить ручной режим работы САР (с помощью УП или клавиш лицевой панели БК) и снять кривые нагрева и охлаждения печи. При снятии кривой нагрева, нагреватель печи следует от- ключить при показании ДИСК-250 3мА.

4.Установить автоматический режим работы САР (с помощью УП или клавиш лицевой панели БК).

5.Отградуировать задатчик. Для этого:

5.1.Установить на задатчике значение соответствующее 0% по шкале задатчика.

5.2.Проконтролировать действительную величину задания по цифровому индикатору лицевой панели блока контроллера в режиме контроля сигнала Z1.

5.3.Повторить п.п. 5.2. для значения 10%, 20%, и.т.д. до 100% по шкале ручного задатчика.

5.4.Построить градировочную характеристику в координа- тах «значение по шкале ручного задатчика, %»-«заданная тем-

пература, °С».

6. С помощью ручного задатчика или клавиш лицевой панели

блока контроллера установить сигнал задания 2000 С и дождаться установления колебаний регулируемой величины (температуры).

Контроль температуры осуществлять по шкале прибора ДИСК-250 или по цифровому индикатору лицевой панели блока контроллера

врежиме контроля сигнала Z3.

7.«Ступенькой» изменить задание до 270÷3000 С и зафикси- ровать переходный процесс в САР.

8.Определить период и амплитуду колебаний.

9.Изменить настройки двухпозиционного регулятора: устано-

вить порог срабатывания 0,5%, гистерезис 1% и выполнить пункты

6-8.

10. Сравнить полученные переходные процессы в системе ав- томатического регулирования и сделать выводы по влиянию пара- метров настройки двухпозиционного регулятора на вид переход- ных процессов.

11. Используя параметры объекта управления произвести

расчет амплитуды и периода колебаний для каждого из значений параметров настройки двухпозиционного регулятора (см. л.р. №6).

235

Сравнить полученные расчетные значения с экспериментальными значениями.

5. Оформление отчета

Отчет по выполненной лабораторной работе должен содер-

жать:

1. Краткое описание используемых алгоритмов оперативного управления: ОКД - оперативный непрерывно-дискретный контроль, ГРА–групповое управление аналоговыми входными сигналами, ГДВ-рупповое управление дискретными выходными сигналами, ГРК – групповой контроль.

2.Структурную, электрическую принципиальную схему САР. Схему конфигурации алгоритмов программы регулирования и опе- ративного управления.

3.Список используемых команд оперативного контроля и управления и их реализацию с помощью лицевой панели блока контроллера.

4.Таблицы "Состав конфигураций", "Конфигурирование ал- гоблоков" и "Настройка алгоритмов".

5.Графики переходных процессов.

6.Определение амплитуды и периода колебаний эксперимен- тально полученных переходных процессов.

7.Расчет параметров переходных процессов в системе двух-

позиционного регулирования. Сравнение с экспериментального полученными значениями.

6.Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки

1.Назначение непрерывно-дискретной модели блока кон- троллера. Команды лицевой панели.

2.Назначение и работа алгоритмов группового контроля: ОКД

–оперативный непрерывно-дискретный контроль и ГРК – групповой контроль.

3. Назначение и работа алгоритмов группового управления входными сигналами: ГРА – групповое управление аналоговыми сигналами и ГВД – групповое управление входами дискретными.

4. Назначение и работа алгоритмов группового управления выходными сигналами: ГРУ – групповое ручное управление и ГДВ

– групповое управление дискретными выходами.

236

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

Изучение системы автоматического регулирования давления в рабочем пространстве печи с автоматической настройкой ПИ-регулятора

1.Автоматическая настройка регулятора контура управления

Втехнические возможности библиотеки алгоритмов кон- троллера Р-130 входит алгоритм автоматической настройки регу- лятора, который позволяет создавать самонастраивающиеся сис- темы автоматического регулирования, способные адаптироваться на управляемом объекте.

Алгоритм АНР(30) – автонастройка регулятора

Алгоритм используется для автоматизации расчета динами- ческой настройки регулятора и применяется совместно с алгорит- мами PAН и РИМ. Эти алгоритмы (см. функциональную схему ал- горитмов РИМ и РАН, рис.47 и 54, соответственно) содержат узел настройки, состоящий из переключателя режима "работа - настройка", нуль-органа и дополнительного фильтра с постоянной время Тф,1.

Свойства нуль-органа описываются выражением:

YНО=XНО при ε>=0;

YНО=-XНО при ε<0;

где YНО - сигнал на выходе нуль-органа.

При дискретном сигнале на входе СНАС=1 алгоритм перехо- дит в режим настройки, и в замкнутом контуре регулирования ус- танавливаются автоколебания. Параметры этих колебаний (ам- плитуда и период), которые контролируются на выходе алгоритма регулирования, используются для определения параметров настройки регулятора алгоритмом автонастройки АНР. Для перехода в режим работы устанавливается сигнал СНАС=0.

Функциональная схема алгоритма приведена на рис. 92. Ал- горитм АНР содержит три узла:

1.узел выделения сигнала рассогласования, текущих значений параметров настройки Кп и Ти;

2.узел анализа параметров колебаний;

3.узел расчета параметров настройки.

Вход Хвх алгоритма подключается к основному выходу алго- ритма РАН (РИМ). Используя эту конфигурацию, алгоритм АНР

выделяет сигнал рассогласования и текущие значения параметров

237

настройки КР иТИ, установленные в алгоритме РАН (РИМ), а также значение ХНО, установленное в этом алгоритме.

Выделенный сигнал ε поступает на вход узла, анализирую- щего параметры колебаний. Анализ начинается, когда на вход СПС (пуск) подана дискретная команда СПС=1.

На колебания может быть наложен шум, связанный с дейст- вием возмущений. Поэтому при анализе колебаний используется специальный помехозащищенный алгоритм, который на основе

анализа нескольких периодов колебаний определяет усредненные значения амплитуды YК и периода ТК колебаний. Факт окончания анализа фиксируется на дискретном выходе DКОН. Пока анализ не закончен, DКОН=0, если анализ окончен, DКОН=1. Текущий номер

периода колебаний для данного цикла анализа фиксируется на

выходе NТЕК.

В состоянии сброса (СПС=0 ) сигналы DКОН=0, NТЕК=0, а пара- метры колебаний YК и ТК остаются равными значениям, вычислен-

ным в процессе предыдущего цикла анализа.

Результаты анализа параметров колебаний вместе с выде-

ленными значениями текущих параметров настройки регулятора поступают на вход узла, рассчитывающего параметры настройки. На входе этого узла задаются также два настроечных коэффици- ента K2 и К3, которые зависят от динамических параметров объек- та управления. На основании этих данных узел расчета вычисляет новые (расчетные) значения КР и ТИ. Тот факт, что эти новые зна- чения близки к оптимуму, фиксируется на дискретном выходе DОПТ.

В состоянии сброса (CПС=0) значение DОПТ=0, а величины КР и ТИ равны значениям, рассчитанным на предыдущем цикле.

1.При настройке контура регулирования используются сле- дующие предпосылки:

2.Настройка основана на анализе автоколебаний в контуре регулирования.

3.Для установки автоколебаний алгоритм РАН (РИМ) перево-

дится в режим настройки. При этом контур не должен быть отклю- чен (например, не переведен на ручной режим) и при колебаниях в контуре не должны достигаться пороги ограничения.

4. Настройка выполняется для ПИ закона регулирования, при этом определяется два параметра настройки - коэффициент пере-

дачи регулятора КР и постоянная времени интегрирования ТИ. Если предполагается использовать ПИД закон, то после определений КР и ТИ в алгоритме РАН (РИМ ) устанавливается коэффициент диф-

238

ференцирования Кд=Тд/Ти=0,1-0,3, при этом значение КР может быть увеличено на 20-40 %.

5. Настройка, выполняется итеративным способом: анализи- руются параметры колебаний для текущих параметров настройки, по ним определяется новые параметры, эти параметры устанав- ливаются в алгоритме РАН (РИМ), после чего определяются но- вые параметры настройки, - и так до тех пор, пока новые значения параметров КР и ТИ будут близки к текущим значениям. Обычно, требуется не более, чем 3-5 циклов итерации.

При настройке можно использовать одну из трех методик, предполагающих:

1.Ручную оценку колебаний.

2.Автоматический анализ колебаний,

3.Автоматический расчет параметров настроек.

Ручная оценка колебаний.

При ручной оценке колебаний алгоритм AHР не требуется.

Параметры колебаний оцениваются по выходу "Yε" алгоритма РАН (РИМ) с помощью пульта настройки ПН-1 и секундомера. Предва- рительно в этих (см. алгоритмы РИМ, РАН) алгоритмах устанавли- вается амплитуда нуль-органа ХНО, настроечный коэффициент К1 и параметры КР и ТИ. Значение ХНО выбирается таким, чтобы ам- плитуда колебаний заметно превышала уровень шумов, наложен- ных на колебания, и в то же время оставалась в допустимых (с точки зрения объекта ) границах. Величины К1, КР и ТИ зависят от свойств объекта, при этом К1 зависит, кроме того, от заданной степени затухания и определяется из графиков, приведенных на рис. 93 и 94. Если о шумах и об объекте ничего заранее неизвест- но, можно воспользоваться установленными в алгоритмах РАН(РИМ ) начальными значениями ХНО=1%; К1=0,3%; КР=1; ТИ=15 (секунды, минуты или часы, в зависимости от временного диапазона контроллера и выбранного в алгоритме РАН (РИМ ) масштаба времени).

По замеренным значениям амплитуды Yк и периода Тк колеба- ний определяется новые значенья параметров настройки КР и ТИ:

239

где YК и ТК – соответственно амплитуда и период автоколебаний,

индексами i+1 и i обозначены соответственно новые и текущие параметры настройки, а зависящие от свойств объекта и заданной степени затухания настроечные коэффициента К2 и К3 выбирают- ся из графиков, приведенных на рис. 93, 94. Если исходная ин- формация об объекте отсутствует, можно принять К2=0,92 и

К3=3,7.

Автоматический анализ колебаний

Для автоматического анализа колебаний используется алго- ритм АНР, вход ХВХ которого по конфигурации подключается к вы- ходу Y алгоритма РАН ( РИМ ) (но не к выходу Yε этих алгорит- мов).

С помощью пульта настройки на вход СПС подается сигнал, равный логической 1. После этого начинается анализ колебаний. Он обычно завершается по прошествии 4-6 периодов, при этом выходной сигнал «конец анализа» устанавливается равным DКОН=1. Амплитуда и период колебаний с помощью пульта ПН-1 считываются с выходов соответственно YК и ТК. Полученные вели- чины подставляются в формулу (1) и определяются новые значе- ния КР и ТИ. Эти значения устанавливаются на входе алгоритма РАН (РИМ) и процедура повторяется. Перед повторением анализа в алгоритме АНР устанавливается СПС=0 (т.е. алгоритм перево- дится в состояние «сброс») и затем вновь устанавливается СПС=1

("пуск").

Если по прошествии 8-10 периодов (текущий номер периода фиксируется на выходе NТЕК) анализ параметров колебаний не за- кончится, это означает, что уровень шумов превышает допусти- мый. В этом случае рекомендуется увеличить амплитуду колеба- ний, увеличив параметр ХНО на входе алгоритма РАН (РИМ).

Автоматический расчет параметров настройки

Для автоматического расчета параметров КР и ТИ на входе алгоритма AHР задаются два настроечных коэффициента К2 и К3 значения которых зависят от свойств объекта и степени затухания и определяются из графиков рис. 93, 94. Если исходные данные об объекте отсутствуют, можно работать с начальными значениями К2=0,92 и К3=3,7, имеющимися в алгоритме АНР при его первом включении.

После пуска алгоритм АНР анализирует амплитуду и период колебаний и, используя эти параметры, рассчитывает новые зна- чения параметров настройки, которые формируются на выходах

240

алгоритма КР и ТИ. Эти параметры устанавливаются в алгоритме РАН (РИМ), после чего в алгоритме АНР подается новая команда пуска и весь процесс повторяется. Новые значения действитель- ны, когда на выходе DКОН установится сигнал DКОН=1.

Если новые значения КР и ТИ будут мало отличаться от пре- дыдущих значений, на выходе алгоритма DОПТ установится сигнал DОПТ=1, что свидетельствует о достижении оптимальной настрой- ки. В противном случав DОПТ=0.

Выбор настроечных коэффициентов

При настройке регулятора используются три настроечных коэффициента К1, К2, К3, зависящих от свойств объекта управле- ния и заданной степени затухания. Обычно точное значение пара- метров объекта неизвестно, однако ориентировочно можно оце-

нить отношение запаздывания к постоянной времени объекта (объект близок к звену первого порядка с запаздыванием или к звену второго порядка с запаздыванием).

Для выбора настроечных коэффициентов используются графики, представленные на рис. 93 (объект первого порядка с запаздыванием) и рис. 94 (объект второго порядка с запаздывани- ем). На этих графиках используются следующие обозначения:

tT - отношение запаздывания к постоянной времени объекта, полученные из передаточной функции; tP TP - те же величины,

полученные из кривой разгона объекта.

Здесь предполагается, что для объекта первого порядка пе- редаточная функция имеет вид:

W(p)= KОБ ×e−pτ TP +1

а для объекта второго порядка

W(p)= K( ОБ ×+e−)p2τ TP 1

Последовательность действий при настройке.

1.Выбирается один из трех вариантов настройки: ручная оценка параметров колебаний, автоматический анализ параметров колебаний, автоматический расчет параметров настройки.

2.Задается степень колебательности системы – М (см. ла-

бораторную работу №4).

241

3.Оценивается порядок объекта (первый или второй) и от- ношение запаздывания к постоянной времени объекта. Из графи- ков определяются коэффициенты К1, K2, К3.

4.Коэффициент К1 устанавливается на входе алгоритма

РАН (РИМ). В этом же алгоритме устанавливается величина ХНО и алгоритм переводится в режим настройки (СНАС=1). Параметры

колебаний определяются или вручную на выходе ε алгоритма РАН (РИМ), или автоматически на выходах YК и ТК алгоритма АНР.

5.Если предполагается использовать автоматический рас- чет параметров настройки, то в дополнение к подпункту 4 на входе алгоритма АНР устанавливаются коэффициенты К2, К3, а рассчи-

танные параметры настройки фиксируются на выходах КР; ТИ ал- горитма АНР.

6. Если исходные данные об объекте полностью отсутству- ют, коэффициенты К1-К3 можно не определять, а воспользоваться их исходными значениями, заранее установленными в алгоритмах

РАН (РИМ) и АНР.

Рис. 92. Функциональная схема алгоритма АНР – автонастройка

регулятора

242