Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системный анализ химико-технологических процессов как объектов управления и методы настройки регуляторов. Учебное пособие
.pdf
Рис. 16. Панель настройки регулятора
О параметрах GW, DB, CK, CB и PMV подробнее будет сказано
дальше.
Наконец, в системе имеется возможность изменять:
− направление действия регулятора (то есть направление
изменения выходного сигнала регулятора может соответствовать направлению изменения отклонения, а может не соответствовать ему),
− при расчете дифференциальной составляющей регуля-
тора использовать не изменение отклонения (е), а только из-
менение параметра или только изменение задания регулятору
и др.
Подробнее о ПИД-регуляторах фирмы YОKOGAWA смотрите в
документе [2].
Все перечисленные возможности могут быть реализованы только
через администратора системы (начальника АСУ ТП).
31
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ КРИВОЙ ПЕРЕ-
ХОДНОГО ПРОЦЕССА
Чтобы получить кривую переходного процесса требуется согласовать с технологом следующие вопросы:
− как долго будет проводиться эксперимент (желательно
столько, сколько необходимо времени для перехода объекта в
новое стабильное состояние, при этом следует помнить, что
это время не будет зависеть от величины возмущения, наносимого во время эксперимента);
− на какую величину можно изменить положение клапа-
на (желательно как можно большее, но не выводящее объект
за пределы нормального режима);
− непосредственно перед экспериментом необходимо
уточнить, в какую сторону (в сторону открытия или закрытия)
можно изменять положение клапана.
Эксперимент по получению кривой переходного процесса проводится при отключенном регуляторе – т.е. регулятор должен находиться в режиме «РУЧ» (рис. 7). Объект должен находиться в стационарном состоянии.
После нанесения ступенчатого возмущения путём резкого изменения положения клапана на величину, согласованную с технологом,
необходимо вручную или (лучше) автоматически непрерывно фиксировать величину параметра и время получения этой информации. Интервал времени фиксации параметра должен быть достаточным для
надёжного определения параметров кривой, особенно в начале эксперимента.
После установления на объекте стационарного режима эксперимент можно считать оконченным.
Во время проведения эксперимента желательно максимально исключить возможность воздействия побочных возмущений, искажающих результаты, иначе следует повторить эксперимент.
Отметим, что в системе «CENTUM 3000» фирмы YОKOGAWA
имеется панель, специально предназначенная для работ, связанных с
автоматической настройкой регуляторов.
32
Задание 6
чт
3
1. Вызовите на выполнение программу «Трен_2», при этом регу-
ляторы давления и уровня в С-1 будут включены.
2. Отключите все генераторы шума, щёлкнув по окошечку в
строке «генераторы шума» (рис. 7) по надписи «ВКЛ» (если
генераторы включены).
3. Включите в режим «КАС» регулятор расхода пара и устано-
вите для него задание расхода равным 25
.
4. Используя панель настройки регуляторов (см. рис. 16), ждите
окончания переходного процесса в контуре регулирования температуры (при этом регулятор температуры должен оставаться в режиме «РУЧ»). При выбранной нагрузке переходный
процесс в этом контуре может длиться 6-7 минут, но в это
время можно контролировать работу регуляторов уровня и
давления.
33
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
0
0
об
MVMV
PVPV
k
−
−
=
∞
∞
0
PV
∞
PV
0
MV
∞
MV
1
t
T
e
τ
ϕ
−
−
= −
ϕ
t
0
t
τ
T
5.1. Объекты с самовыравниванием
Вне зависимости от выбранного способа обработки экспериментальных данных, можно вычислить коэффициент усиления объекта по
формуле
. (16)
Где:
– величина параметра в начале эксперимента (в % от шкалы PV);
– величина параметра в конце эксперимента (в % от шкалы PV);
– положение клапана в начале эксперимента (в % от шкалы MV);
– положение клапана во время эксперимента (в % от шкалы
MV).
Существует множество способов определения динамических параметров объекта из экспериментальных данных. В данном случае рассматривается наиболее простой, но достаточно достоверный способ,
который заключается в том, что полученные данные аппроксимируются математической моделью, для которой заранее известны зависимости, определяющие оптимальные настройки регулятора.
В качестве такой модели используются два динамических звена:
апериодическое звено первого порядка и звено чистого запаздывания
(рис. 10). Аппроксимация может быть проведена вручную (как показано на рис. 10) или аналитически.
При применении аналитического метода следует использовать математическую модель с учетом наличия элемента чистого запаздывания:
. (17)
Где:
– нормализованная величина параметра;
– текущее время, у которого начало отсчета в момент
– время чистого запаздывания (искомая величина);
– постоянная времени объекта (искомая величина).
Чтобы определить искомые переменные поступим следующим образом.
34
;
Прологарифмируем формулу (17), тогда
ln(1 )
t
T
τ
ϕ
−
−=−
1
ϕ
2
ϕ
1
t
2
t
1
ϕ
2
ϕ
1
ln(1 0,3) Tt
τ
− ⋅=−
2
ln(1 0,8) Tt
τ
− ⋅=−
21
;
1,251
tt
T−=
1
0,3567tT
τ
=−⋅
об
k
. (18)
Задав две точки на кривой разгона (рис. 17), например:
= 0,3;
= 0,8, и используя кривую разгона, получим две точки на оси времени
и
.
Рис. 17. Экспериментальная кривая отклика на единичное возмущение
и
Подставляя
в (18), можно получить два уравнения:
; (19)
Вычислив логарифмы и решая систему (19, 20), получим
Теперь, зная параметры объекта
дующий шаг, то есть определить оптимальные настройки регулятора.
. (20)
(21)
. (22)
, T, τ, можно сделать сле-
35
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСТРОЕК РЕГУЛЯТОРА
ост
ϕ
Прежде чем пытаться определить настройки регулятора (P, I и D)
следует, исходя из условий технологического процесса, сформулировать необходимые требования к качеству регулирования.
Основными показателями, характеризующими переходные процессы при регулировании и наиболее важными с точки зрения оптимальных условий проведения технологического процесса, являются следующие:
− максимальное динамическое отклонение регулируемой
величины от заданного значения;
− перерегулирование;
− остаточное отклонение регулируемой величины от за-
данного значения;
− интегральная оценка качества переходного процесса
регулирования;
− показатели качества автоколебательного процесса ре-
гулирования.
На рис. 18 приводятся характеристики и определения перечисленных показателей переходных процессов, вызванных единичным возмущением, как наиболее простой и удобной
формой возмущения.
На рисунке представлены следующие кривые для замкнутого контура регулирования (т.е. контур включен в режим «АВТ»):
1 – заданное значение регулируемой величины;
– остаточное отклонение регулируемой величины;
2 – переходный процесс при автоматическом регулировании;
3 – отклонение регулируемой величины в статическом объекте без
вмешательства регулятора;
4 – отклонение регулируемой величины в астатическом объекте без
вмешательства регулятора.
На рис. 18 изображены:
а) затухающий колебательный процесс с 20 % перерегулированием
без остаточного отклонения регулируемой величины;
б) затухающий колебательный процесс с 20 % перерегулированием
с остаточным отклонением регулируемой величины;
в) апериодический процесс с минимальным временем регулирования;
г) апериодический процесс с затянутым временем регулирования;
д) затухающий колебательный процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения регулируемой величины;
36
е) затухающий колебательный с минимальным временем регулирования.
Рис. 18. Характеристики кривых отклика на единичное возмущение
Для сравнения переходных процессов друг с другом во времени
можно обратиться к рис. 19, где изображены:
1 – переходный процесс с 20 % перерегулированием;
2 – апериодический переходный процесс с затянутым временем ре-
гулирования;
3 – затухающий колебательный переходный процесс с минималь-
ным временем регулирования;
4 – переходный процесс с минимальной площадью отклонения
F
min.
37
Тип опти-
е-
реходного
процесса
Тип регул
тора
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
3,0
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
7,
0
0,9
Кр
Коб
Т
τ
=
⋅
И
4,5Tи КобT=
KобTTu 7
,1=
KобTTu
7,1=
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
6,0
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
7,0
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
1
ТТи 5,08,0 +=
τ
ТТи 3,0+=
τ
ТТи 35,0+=
τ
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
95,0
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
2,1
Т
Коб
Кр
τ
⋅
=
4,1
τ
4,2=Ти
τ
0,2=Ти
τ
3,1=Ти
τ
4
,0=Тд
τ
4,0=Тд
τ
5,0=Тд
Рис. 19. Сравнение различных переходных процессов во времени
В табл. 1 приведены формулы для расчета оптимальных значе-
ний параметров настройки автоматических регуляторов при работе их
на объектах с самовыравниванием.
Таблица 1
Формулы для расчета значений оптимальных параметров настройки
регуляторов для объектов с самовыравниванием
мального п
П
ПИ
ПИД
Апериодический с
минимальным
временем регули-
я-
рования
Затухающий коле-
бательный с 20 %
перерегулирова-
нием
38
Затухающий коле-
бательный
с Fmin
Данные, представленные в таблице, соответствуют объектам,
p
K
Р
100
=
TuI =
TdD =
Тип опти-
е-
реходного
процесса
Тип регул
тора
τ
Та
Кр
⋅=37
,0
τ
ТаКр⋅=7,0
_
τ
а
Т
Кр⋅=
46,0
τ
а
ТКр⋅=65,0
τ
а
ТКр⋅=045,1
τ
75,5=Ти
τ
0
,3=Ти
τ
3,4=Ти
τ
а
Т
Кр⋅=
65,0
τ
а
ТКр⋅=1,1
τ
а
ТКр⋅=365,1
τ
0,5=Ти
τ
0,2=Ти
τ
6,1=Ти
τ
23,0=Тд
τ
37,0=Тд
τ
5,0=Тд
математическое описание которых определяются звеном чистого запаздывания и статическим звеном.
Для астатических объектов расчет настроек должен производиться
с использованием формул, приведенных в табл. 2.
При переходе к конкретным параметрам настройки данной сис-
темы следует пользоваться следующими зависимостями
;
;
. (23)
Во всех случаев для ПД-регуляторов значения оптимальных настроек могут быть приняты такими же, что и для ПИД-регуляторов.
Таблица 2
Формулы для расчета значений оптимальных параметров настроек для
астатических объектов
мального п
П
ПИ
ПИД
Апериодический с
минимальным
временем
я-
регулирования
Затухающий коле-
бательный с 20%
перерегулирова-
нием
Затухающий
колебательный
с Fmin
Задание 7
1. Получите кривую разгона, как это выполнено в Задании 6. По-
сле этого нажмите кнопку «АППРОКСИМАЦИЯ» на панельке
рис. 16, и на экране появится панель аппроксимации (рис. 20).
39
Рис. 20. Панель, используемая для аппроксимации
экспериментальных данных
2. Используя соответствующие кнопки, необходимо установить
пеленги следующим образом:
– левый вертикальный пеленг должен быть установлен на ли-
нии нанесения возмущения по расходу пара (скачок по расходу
пара);
– правый вертикальный пеленг должен быть установлен в
месте окончания переходного процесса;
– нижний горизонтальный пеленг должен быть установлен на
линии параметра (температуры) до нанесения возмущения;
– используя верхний горизонтальный пеленг, клавишу «аппроксимировать» и клавишу «восстановить график», необходимо
добиться максимального совпадения экспериментальной кривой и аппроксимирующей её модели.
3. При достаточном совпадении этих кривых в нижней левой
табличке будут выведены результаты аппроксимации кривой
разгона и при нажатии клавиши «выполнить расчёт» на экране появится панель (рис. 21), на которую выведены результаты расчёта оптимальных настроек регулятора согласно табл.
1.
Таблица, представленная на рис. 21, содержит в верхней строке параметры объекта, вычисленные с помощью табл. 1 по результатам аппроксимации. На рис. 21 содержатся результаты расчета опти-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]