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
4. Выключите программу и снова загрузите её. После загрузки
сразу же щелчком по окошку «АПП» пареключите программу с
АРР на ПИД.
5. Отсчитайте такое же количество тактов работы, как и в
предыдущем случае, и отключите программу.
6. Сравните результаты работы этих регуляторов.
9.2. Регулятор уровня специализированный (РУС)
Регулятор уровня специализированный, в отличие от ПИД-
регулятора, не имеет интегрального звена, а потому принципиально не
может являться источником колебаний. Кроме того, структура регулятора позволяет выполнять функции защиты от переполнения выше
верхней предупредительной границы и опорожнения ниже нижней
предупредительной границы, что не может гарантировать ПИДрегулятор.
Регулятор предназначен для использования только в контурах ре-
гулирования уровня. В отличие от традиционных, в нём вместо уставки используются предупредительные границы регулируемого параметра, причем при достижении этих границ клапан должен принимать
то или иное крайнее положение, чем выполняются функции защиты от
переполнения и опорожнения в рамках этих границ. К достоинствам
регулятора в сравнении с ПИД-регулятором следует отнести:
– отсутствие функции интегрирования и, следовательно, отсутст-
вие вероятности получения колебательного переходного процесса в контуре;
– полное отсутствие необходимости настройки контура;
– автоматическое выполнение функций защиты;
– максимальное использование аккумулирующей способности ём-
кости для сглаживания потока, на котором установлен регулирующий клапан.
Для исключения резкого изменения положения регулирующего
клапана при включении регулятора в автоматический режим, алгоритмом предусмотрена процедура балансировки.
Блок-схема алгоритма представлена на рис. 35.
61
НАЧАЛО
Ур = Умин +
+(L - Lнпг)*(Умах - Умин) / (Lвпг - Lнпг)
рА М = 0
Dy = Ky * Dy Dy = У - Ур
1
5
6
4
2
3
да
нет
Вычисление степени
откры ти я к ла па н а
Реализация регулятора или
ручного управления
У = Ур + Dy
КОНЕЦ
Блок
AUT O / MANUAL
Функциона льный блок
переключения АВТ / РУЧ
и ограничение выхода
7
Ручной ввод У
Рис. 35. Блок-схема программы регулятора уровня
Алгоритм формирует следующие сигналы:
−
У – степень открытия клапана [%];
−
Dy – память алгоритма, используемая при выполнении процеду-
ры балансировки в момент переключения режимов работы регулятора.
Для работы алгоритма требуется следующая информация:
−
L – измеренное значение уровня [%];
−
Lнпг – нижняя предупредительная граница уровня [%];
−
Lвпг – верхняя предупредительная граница уровня [%];
−
Умин – минимально допустимая степень открытия клапана [%];
−
Умах – максимально допустимая степень открытия клапана [%];
−
Ky – коэффициент, используемый в процедуре балансировки для
«безударного» включения регулятора;
62
−
рАМ – признак режима работы регулятора:
−
рАМ = 0 режим РУЧНОЙ,
−
рАМ = 1 режим АВТОМАТ;
−
рТК – признак типа используемого клапана:
−
рТК = 0 клапан нормально закрыт (НЗ),
−
рТК = 1 клапан нормально открыт (НО).
В блоке 1 регулятор вычисляет степень открытия клапана – У
р.
Если установлен режим РУЧ (блок 2), то контролируется ручной
ввод степени открытия клапана – У, и запоминается разница D
y между
текущей величиной степени открытия и величиной, вычисленной регулятором (блоки 3 и 4).
Если установлен режим АВТ, то уточняется величина балансиров-
ки D
y (уменьшается по экспоненте до нуля), и вычисляется необходи-
мая величина степени открытия клапана (блок 3).
В блоках 5, 6 выполняется процедура балансировки для «безудар-
ного» включения регулятора.
В блоке 7 производится ограничение величины У и учитывается
тип используемого клапана.
На рис. 36 показана работа ПИД-регулятора с типовыми настрой-
ками, обеспечивающими качественное поддержание уровня при скачкообразных изменениях входного (независимого) потока в пределах
20-80 % (на рис. 36 – кривая голубого цвета).
Как видно из графика, регулятор обеспечивает удовлетворительное
поддержание уровня (кривая зелёного цвета) на заданной величине
(кривая красного цвета), при этом расход потока (кривая белого цвета), которым обеспечивается поддержание уровня, «раскачивается» в
значительных пределах.
На рис. 37 представлен график работы специализированного регу-
лятора уровня, при возмущениях входного потока, аналогичных предыдущему примеру при использовании ПИД-регулятора (рис. 36).
Из рисунка следует, что уровень не имеет определённой величины
(зеленая кривая) и не выходит из заданных пределов за счет плавного
изменения расхода (кривая белого цвета). В данном случае, установленная верхняя граница уровня соответствует 70 %, а нижняя 30 %.
63
Рис. 36. График работы ПИД-регулятора при возмущении
входного потока
Рис. 37. График работы РУС-регулятора при возмущении
входного потока
64
На рис. 38 показана работа этого же регулятора в тех же условиях,
но с границами 90 и 10 %, соответственно.
Сравнивая рисунки, не трудно заметить, что определённый запас
жидкости, имеющийся в ёмкости, эффективно используется для
«сглаживания» величины выходного потока и чем шире область, определённая заданиями, тем больший запас жидкости используется для
этих целей, а наблюдаемый эффект «сглаживания» более существенный.
Рис. 38. График работы РУС-регулятора при возмущении входного
потока с границами 90 и 10 %, соответственно
Регулятор уровня специализированный имеет два параметра на-
стройки, а именно, минимально возможную величину разницы между
верхней и нижней величинами заданий и время балансировки, т.е.
время устранения рассогласования между параметром и его заданным
значением. Следует учитывать, что разницу между верхней и нижний
величинами заданий не следует выбирать слишком слишком малой,
иначе получим высокий коэффициент усиления контура, который по-
65
лучается при малой разнице между этими величинами. Кроме того, в
этом случае теряется аккумулирующая способность ёмкости.
На рис. 39 представлена панель для настройки тренажёра
«Трен_5», которая позволяет настроить характеристики сигнала возмущения (входной поток) и свойство объекта (инерция клапана).
Рис. 39. Панель для настройки тренажёра
На рис. 40 представлен пример панели для работы оператора со
специализированным регулятором, а на рис. 41 – панели для работы с
типовым ПИД-регулятором. Вызов регуляторов производится щелчком по окошку регулятора, а переключение регуляторов – щелчком по
окошку «РУС» или «ПИД». Обратите внимание, что панель регулятора РУС имеет две уставки. Панели имеют клавиши «Н», которые испольуются для вызова панелей настройки соответствующих регуляторов (рис. 42, 43).
66
Рис. 40. Панель управлением
РУС-регулятором
Рис. 41. Панель управлением
ПИД-регулятором
Задание 13
1. Вызовите на выполнение программу «Трен_5».
2. После вызова программы будет вызван регулятор ПИД.
3. Оцените работу регуляторов (переключать регуляторы мож-
но не останавливая программу).
4. Убедитесь в преимуществах РУС-регулятора.
67
Рис. 42. Панель настройки регулятора РУС
Рис. 43. Панель настройки регулятора ПИД
9.3. ПИД-регулятор с дискретным исполнительным механизмом
68
Встречаются контуры, в которых используются исполнительные
механизмы с двумя рабочими состояниями: ВКЛЮЧЕН / ОТКЛЮЧЕН. Например, нагреватель, снабжённый электрическим нагревательным элементом. Для работы с таким исполнительным механизмом может использоваться обычный ПИД-регулятор, но в контур регулирования, использующего эти элементы должен быть включен дополнительный элемент – это генератор, преобразующий непрерывный
выходной сигнал регулятора в дискретные сигналы включения и отключения нагревательного элемента. Работа генератора осуществляется циклически с жёстко заданным временем цикла. Каждый цикл
разбит на два периода: период включения и период отключения. Если
продолжительность сигнала включения (или отключения) будет определяться выходным сигналом регулятора, то при увеличении периода
включения период отключения будет уменьшаться. Таким образом,
принимая время цикла за 100 %, регулируемый период может меняться от 0 до 100 %.
Для иллюстрации работы такого контура можно воспользоваться
тренажером «Трен_6». На рис. 44 представлен внешний вид этого
тренажёра.
Тренажёр позволяет выполнить следующие действия:
– контролировать состояние нагревателя (вкл/откл);
– контролировать и корректировать параметры объекта;
– выбирать режим работы регулятора АВТ / РУЧ;
– контролировать параметры регулятора и выбирать задание или
выход;
– контролировать и корректировать настройки регулятора;
– контролировать и корректировать время цикла;
– контролировать отклонение температуры от заданной величины.
На графике параметр (температура) представлен белым цветом,
продолжительность включения – жёлтым цветом, в нижней части
графика красным цветом столбиками указаны моменты, когда нагреватель включен.
Переключать режим работы регулятора можно щелчком по соот-
ветствующей надписи, численные параметры – щелчком по соответствующей цифре.
Время цикла должно выбираться таким образом, чтобы колебания,
связанные с дискретностью управляющего воздействия, уменьшались,
69
и количество переключений исполнительного механизма тоже уменьшалось.
Рис. 44. Вид панели тренажёра для демонстрации работы
ПИД-регулятора и дискретного исполнительного механизма
Задание 14
1. Вызовите на выполнение программу «Трен_6».
2. Попробуйте улучшить работу контура, подбирая настройки
регулятора.
3. Значительно измените параметры объекта и повторите п. 2.
4. Посмотрите, как изменяется работа регулятора с изменением
времени цикла.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]