Расчет параметров объекта управления

Существуют аналитические, экспериментальные и комбинированные методы получения математического описания объектов управления.

Аналитические методы базируются на использовании уравнений, описывающих физико-химические и энергетические процессы, протекающие в исследуемом объекте управления. При получении таких описаний обычно оперируют с дифференциальными уравнениями в частных производных, так как переменные изменяются и во времени, и в пространстве.

Экспериментальные методы предполагают проведение серии экспериментов на реальном объекте управления. Обработав результаты экспериментов, оценивают параметры динамической модели объекта, задавшись предварительно ее структурой.

Наиболее эффективными оказываются комбинированные методы построения математической модели объекта, когда, используя аналитически полученную структуру объекта, ее параметры определяют в ходе натурных экспериментов.

Для быстрого и экономичного определения динамических характеристик обычно используют метод переходных характеристик (кривых разгона). В режиме ручного управления подают ступенчатое входное воздействие (1–5 % от диапазона регулирования) и регистрируют изменение выходного сигнала.

При проведении эксперимента обычно требуется для достоверности снять 4–16 переходных характеристик (в зависимости от помех), затем каждую характеристику обработать (произвести сглаживание переходной характеристики, например, скользящим усреднителем), нормировать, усреднить до одной и аппроксимировать.

Сняв кривую разгона и оценив характер объекта управления (с самовыравниванием или без), можно определить параметры соответствующей передаточной функции. Перед началом обработки кривую разгона рекомендуется пронормировать (диапазон изменения нормированной кривой 0–1) и выделить из ее начального участка величину чистого временного запаздывания.

В простейшем случае при практических расчетах наиболее часто h(t) объекта аппроксимируют либо апериодическим звеном с запаздыванием (рис. 14.22, а),

,

либо интегрирующим звеном с запаздыванием (рис. 14.22, б),

.

а б

Рис. 14.22. Аппроксимация объекта регулирования

Определение динамических характеристик объектов по кривой разгона можно производить разными методами.

Метод касательной к точке перегиба кривой разгона. В данном случае точка перегиба соответствует переходу кривой от режима ускорения к режиму замедления темпа нарастания выходного сигнала. Полное запаздывание τ_об определяется в соответствии с графиком τ_об = τ_з + τ_d.

Формульный метод позволяет аналитически вычислить величину динамического запаздывания и постоянной времени по формуле

где значение берется в окрестности точки перегиба кривой, а значениепринимается равным 0,8–0,85. По этим значениям определяются и моменты времении.

Методу Круг–Мининой:

_об = 0,5(3₁ – ₂), Т_об = 1,25(₂ – ₁)

Методика определения параметра

Регуляторы с им постоянной скорости

В системах регулирования давления, расхода и других величин управление регулируемыми клапанами, вентилями, задвижками, шиберами до настоящего времени осуществляется через исполнительные механизмы.

Исполнительные механизмы бывают с электрическим (преимущественно), гидравлическим или пневматическим приводом.

Технически оптимальная настройка регуляторов

Для определения оптимальных параметров настройки регуляторов (параметрической оптимизации) АСР необходимо иметь сведения о статических и динамических характеристиках объекта регулирования и действующих возмущений. Наиболее достоверными являются экспериментально определенные статические характеристики.

Оптимальная настройка ПИД-регулятора позволяет максимально быстро и почти без перерегулирования вывести объект на уставку. Признак правильной настройки – плавный, без рывков, рост регулируемого параметра и наличие тормозящих импульсов при подходе к уставке как снизу, так и сверху.

Если объект выходит на уставку с небольшим перерегулированием и быстрозатухающими колебаниями, можно немного уменьшить коэффициент усиления, оставив все остальные параметры без изменения.

ПИД-регулятор с ИМ постоянной скорости