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
8. САМОНАСТРОЙКА ПИД-РЕГУЛЯТОРОВ
Нагрузка
т/ч
20
57,7
79,3
6,6
30
37,8
52,4
4,4
40
27,5
36,9
3,1
50
22,4
30,4
2,6
60
17,9
24,1
2
Часто работа объектов в промышленности является нестабильной
из-за колебаний, связанных с нерегулируемыми возмущениями, воздействующими на процесс. Например, в тренажёре «Трен_2» таким
возмущением является поток нефти, поскольку его величина зависит
от работы месторождения. Такая нестабильность существенно влияет
на динамические характеристики объекта, а следовательно, настройки
регулятора должны быть скорректированы.
Достаточно полно вопросы построения ПИД-регуляторов и их мо-
дернизации, включая вопросы самонастройки, представлены в [3]. В
данной работе используется несколько иной подход. Идея, которая
используется здесь, заключается в том, что, настроив регулятор однажды, т.е. при определённой величине расхода питания, в дальнейшем
есть возможность пересчитывать настройки регулятора с сохранением
качества регулирования.
Проведём эксперимент на динамической модели, которая используется в тренажере «Трен_2». Для этого выполним Задания 6 и 7 при
нагрузках (входном потоке нефти), равных 20т/ч, 30т/ч, 40т/ч, 50т/ч и
60т/ч (при отключенных генераторах шума). В таблице 3 приведены
результаты выполнения этих заданий, при этом свойства объекта приняты теми, что указаны на рис. 13. В качестве оптимального переход-
ного процесса выбран апериодический переходный процесс с минимальным временем регулирования.
По данным табл. 3 построены графики (рис. 28), из которых следует, что зависимости настроечных параметров P, I и D от нагрузки –
существенно нелинейные, что не позволит реализовать поставленную
цель.
Таблица 3
Результаты проведённого эксперимента
P I D
51
1
2
3
4
5
6
нагрузка
20
30
0
40
50
60
10
0
DP I
10 20 30 40 50 60
70 7
80 8
,
I
D
P
Нагрузка
т / ч
20
1,73
1,26
15,2
30
2,65
1,91
22,7
40
3,64
2,71
32,3
50
4,46
3,29
38,5
60
5,59
4,15
50
Рис. 28. Зависимость настроечных параметров
регулятора от нагрузки
В табл. 4 представлены результаты пересчёта данных табл. 3, а на
рис. 29 представлен график по данным табл. 4.
Результаты пересчёта данных таблицы 3
Таблица 4
нейно зависят от нагрузки. Следовательно, теперь достаточно опти-
Как видим из рисунка, все настроечные параметры регулятора ли-
Ap = 100 / P Ai = 100 / I Ad = 100 / D
52
мально настроить регулятор в одной точке и запомнить наклон пря-
1
2
3
4
5
6
нагрузка
20
30
0
40
50
60
10
0
100
D
100P100
I
10
20 30 40 50 60
100
P
100
D
100
I
мых.
Запоминание коэффициентов наклона производится в момент
включения данной опции нажатием кнопки «кор. настр. регул-ра»
(корректировка настроек регулятора). Расчёт коэффициентов для
ра-
боты регулятора прозводится по формулам
Кр = Ар / F, Ki = Ai / F, Kd = Ad / F. (33)
Где:
К
р, Ki и Kd – коэффициенты углов наклона (рис. 29);
F – нагрузка (величина потока нефти) в момент включения в работу данной функции.
Для расчёта рабочих настроек регулятора при любых нагрузках необходимо воспользоваться следующими формулами:
P = 100 / (F·Kp), I = 100 / (F·Ki), D = 100 / (F·Kd). (34)
Рис. 29. Зависимость параметров таблицы 4 от нагрузки
Задание 11
1. Вызовите на выполнение программу «Трен_3».
53
2. Установите режим «АВТ» для регуляторов уровня и давления
и выберите для них задания 50 % и 1,1 Мпа, соответственно.
3. Включите регулятор расхода пара в режим «КАС» и устано-
вите ему задание, равное SV = 20 т3/ч.
4. После вывода температуры на стабильный режим, нажмите
кнопку «АПРОКСИМАЦИЯ» на настроечной панели регулятора температуры.
5. Произведите процедуру апроксимации, как это показано в За-
дании 7, и произведите расчёт оптимальных настроек, нажав
кнопку «рассчитать настройки» на панели рис. 20.
6. Задавшись критерием оптимальности, выберите тип регуля-
тора (ПИ или ПИД). Зафиксируйте выбранные настройки и
пошлите их на регулятор.
7. Установите задание регулятору температуры 140ºС и дож-
дитесь, пока регулятор выполняет задание в условиях работы
генераторов шума (генераторов возмущений). Достаточно
двух возмущений чтобы понять, как работает регулятор в
этих условиях.
8. Щёлкните по надписям «упрежд. коррекция» (упреждающая
коррекция) и «кор. настр. регул-ра» (корректировка настроек
регулятора) в момент, когда параметр и задание близки, и
близок момент появления нового возмущения.
9. Убедитесь в эффективности использования упреждающей
коррекции и программы корректировки настроек регулятора,
включив в работу генераторы шума.
54
9. СПЕЦИАЛЬНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
В этом разделе используются различные формы представления
объектов в операторском интерфейсе, что позволяет представить бесконечное многообразие возможностей представления информации
оператору.
9.1. Адаптивный регулятор расхода (АРР)
Адаптивный регулятор расхода за счет непрерывного отслеживания коэффициента усиления контура позволяет поддерживать заданный расход с максимальным быстродействием и точностью даже при
значительном изменении характеристик объекта.
Регулятор предназначен только для регулирования расхода. Алгоритм регулятора предусматривает автоматическое уточнение коэффициента усиления на каждом такте работы контроллера, в результате
чего регулятор требует минимальной начальной настройки и не требует подстройки при эксплуатации.
В период настройки требуется уточнить два коэффициента:
1) G
а – величина расхода, ниже которой адаптация неце-
лесообразна. Это относится к начальному участку шкалы расходомера (15-20% шкалы), где высока погрешность измерения
расхода, а, следовательно, процедура адаптации не эффективна;
2) K
g – коэффициент запаса, позволяющий устранить ко-
лебательные явления в случае нелинейной расходной характеристики клапана (это может быть при использовании клапана с
логарифмической расходной характеристикой). Коэффициент
K
g следует выбирать в диапазоне 0,9-1,0.
При эксплуатации регулятор не требует никаких дополнительных
настроек.
На каждом такте работы АСУ ТП, даже при отключенном регуляторе, вычисляется коэффициент усиления К
р по формуле
Кр = У / G. (35)
Где:
У – степень открытия клапана (выходной сигнал регулятора);
G – текущая величина расхода в физических единицах.
Указанный регулятор целесообразно использовать во всех контурах регулирования расхода в том случае, если такт работы АСУ ТП
55
больше или соизмерим с временем окончания переходного процесса
после внесения управляющего воздействия.
Алгоритм формирует выходную величину У – степень открытия
клапана (%).
Кроме этого, на каждом такте алгоритм вычисляет текущую величину коэффициента усиления контура и хранит её в рабочей ячейке –
К
р.
Для работы алгоритма требуется следующая информация:
−
G – текущая величина расхода;
−
Gz – заданная величина расхода;
−
рАМ – признак выбранного режима работы регулятора:
−
рАМ = 0 режим РУЧНОЙ,
−
рАМ = 1 режим АВТОМАТ;
−
Умин – минимально допустимая степень открытия клапана;
−
Умах – максимально допустимая степень открытия клапана;
−
Gа – величина расхода, ниже которой адаптация не производится;
−
Kz – коэффициент, устраняющий возможную колебательность в
случае нелинейности расходной характеристики клапана в зоне адаптации.
рТК – признак типа используемого клапана:
−
рТК = 0 клапан нормально закрыт (НЗ),
−
рТК = 1 клапан нормально открыт (НО).
Блок-схема алгоритма представлена на рис. 30.
В блоках 1-3, которые выполняются вне режима работы регулятора
(АВТ или РУЧ), в зависимости от текущий величины расхода вычисляется коэффициент усиления регулятора по формуле (35).
Если установлен режим АВТ, то вычисляется степень открытия
клапана (блок 6).
В блоке 7 вычисляется величина сигнала на клапан в зависимости
от его типа (НО или НЗ) и производится ограничение величины выходного сигнала.
Для проверки работы регулятора АРР и сравнения результатов его
работы с работой типового ПИД-регулятора следует вызвать программу тренажера «Трен_4».
56
НАЧАЛО
G < Kg*Gmax
Kp = У / G
Kp = 100 / Gmax
рА М = 0
У = У + Кр*Кg*(Gz - G)
Ручной ввод У
КОНЕЦ
1
5
6
4
2
3
да
да
нет
нет
Вычисление коэ ффициента
усиления регулятора
Реализация регулятора или
ручного управления
Блок
AUT O / MANUAL
Функциона льный блок
переключения АВТ / РУЧ
и ограничение выхода
7
Рис. 30. Блок-схема программы регулятора
На рис. 31 представлен график работы контура с использованием
ПИД-регулятора, при этом коэффициент усиления регулятора выбран
таким образом, что в местах наибольшей разницы давлений на входе и
выходе клапана контур имеет низкий запас устойчивости к явлению
колебательности, но достаточный для устранения этого явления. На
мнемосхеме слева от графика указаны цвета графиков соответствующих переменных.
Из рисунка видно, что в местах, где перепад давления на клапане
мал, а, следовательно, мал и коэффициент усиления контура, отклонения параметра от уставки могут быть значительны. В местах же, где
перепад велик, как уже говорилось, возникает опасность получения
колебательного переходного процесса.
57
Справа от графика находится справка о количестве измерений и
среднеквадратическом отклонении от заданной величины.
Снизу расположен ещё один график, на который нанесены точки, в
которых проводились измерения, в координатах положение клапана –
расход через клапан. Наклон прямых, проходящих через начало координат и точку измерения, определяют коэффициент усиления объекта
в этой точке. Из этого графика можно сделать вывод, что коэффициент усиления объекта менялся в значительных пределах, а отклонения
расхода от уставки были значительны.
Рис. 31. Мнемосхема объекта и график работы ПИД-регулятора
На рис. 32 представлена работа адаптивного регулятора расхода
при тех же условиях.
При сравнении характеристик поведения системы, представленных
на рис. 31, 32, видно, что использование регулятора АРР позволило
многократно уменьшить среднеквадратическое отклонение за счет
уменьшения величины отклонения. На нижнем графике справа изображается отклонение параметра от заданного значения.
58
Рис 32. Мнемосхема с графиком работы адаптивного
регулятора расхода (АРР)
Выбор типа регулятора в приложении «Трен_4» осуществляется
щелчком по метке АРР или ПИД на панели управления регулятора.
Настройки регуляторов, использованные в этом примере, пред-
ставлены на рис. 33.
Рис. 33. Панель настройки регуляторов генераторов шума
59
При желании имеется возможность изменить настройки и прове-
рить работу регуляторов при новых настройках.
Вид панели управления, с которой может работать оператор с регу-
лятором (любого типа) представлен на рис. 34.
Панель позволяет переключать режим работы регулятора
АВТ / РУЧ и позволяет изменять уставку (или выходной сигнал) путем перетаскивания мышкой указателя этой переменной или использовать приём цифрового ввода в соответствующую ячейку.
.
Рис. 34. Панель управления регулятором
Задание 12
1. Вызовите на выполнение программу «Трен_4».
2. После вызова программыи щелчка по ону регулятора будет вы-
зван регулятор АРР.
3. Отсчитайте желаемое количество тактов для выбранной
оценки работы выбранного регулятора. Результаты (количество тактов и средне-квадратичное отклонение) запишите.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]