1.5. Требования к системам регулирования

Общие требования к системе регулирования охватывают:

• требования к устойчивости системы;

• требования к качеству регулирования – допустимым отклонениям в переходном процессе и в установившемся состоянии;

• требования к динамической точности – отклонениям при непрерывно изменяющихся возмущениях.

Систему регулирования можно считать работоспособной только в том случае, если она при всех условиях устойчива, т.е. обеспечивает уменьшение возникающих отклонений. Условие устойчивости всегда должно быть удовлетворено с достаточным запасом, чтобы компенсировать возможные изменения динамических свойств объекта при различных режимах работы. Серийные типовые регуляторы обеспечивают устойчивый процесс регулирования подавляющего большинства промышленных объектов при условии, что правильно выбраны настройки регуляторов (см. раздел 1.6.3).

При оценке качества регулирования рассматривают переходный процесс регулирования, вызванный типовым возмущением определенной формы и величины (см. раздел 1.5.1). Показатели переходного процесса – максимальное динамическое отклонение, перерегулирование, время регулирования и остаточное отклонение по окончании переходного процесса – являются критериями качества (см. раздел 1.5.2).

Когда возмущения представляют собой быстро и непрерывно изменяющиеся случайные функции времени, тогда нет установившихся состояний, и самое понятие – переходный процесс, вызванный определенным возмущением, теряет смысл. В этих случаях для оценки качества регулирования рассматривают среднее значение отклонения для определенных интервалов времени, характеризующее динамическую точность регулирования.

Чем выше требования к качеству регулирования, тем более сложной и дорогой будет система автоматического регулирования. В то же время удовлетворять чрезмерно жесткие требования к качеству регулирования далеко не всегда действительно необходимо по условиям технологического процесса. В связи с этим при создании систем управления стремятся найти разумный компромисс между наилучшим качеством регулирования и затратами на автоматизацию. Поэтому предъявляемые требования должны быть строго обоснованы, исходя из технологических

63

условий процесса и условий работы системы управления – характера и величины эксплуатационных возмущений, динамических свойств объекта.

1.5.1. Возмущения технологического процесса

Поведение системы регулирования зависит от характера и величины возмущений. Обычно возмущения представляют собой непрерывно изменяющиеся и случайные функции времени. Точный закон их изменения указать нельзя и, строго говоря, можно характеризовать только вероятность их реализации определенным образом. Однако при рассмотрении конкретных условий работы системы регулирования можно выбрать наиболее типичные или наиболее неблагоприятные возмущения. Определив качество регулирования при данном типовом возмущении, можно получить достаточно четкое представление о работе системы регулирования и при других возмущениях, более благоприятных по форме и меньших по величине.

По месту внесения возмущений различают возмущения, связанные с изменением нагрузки объекта, и возмущения при установке нового задания регулятору (рис. 1.30). Если возмущение вносится в разных местах системы, переходные процессы при одних и тех же настройках регулятора будут различными. Чтобы получить в обоих случаях одинаковые переходные процессы, необходимо изменять настройки регулятора.

Изменение расхода регулирующей среды в связи с изменением производительности агрегата или изменение ее подачи по каким-либо другим причинам (колебание давления, изменение потерь и др.) являются возмущением по нагрузке. Подобные возмущения

Рис. 1.30. Внесение возмущений в систему регулирования

предъявляют собой основной источник нарушений режима работы большинства промышленных объектов регулирования.

Систематическое изменение заданного значения

64

регулируемых величин производится в системах программного и связанного (каскадного) регулирования.

По продолжительности возмущения различают длительные возмущения, продолжительность которых значительно превышает время регулирования (рис. 1.31, а и в), и кратковременные пиковые возмущения (рис. 1.31, б).

Рис. 1.31. Типовые возмущения систем регулирования: а – длительное

скачкообразное; б – кратковременное (пиковое); в – длитель-

ное монотонное

По времени внесения возмущения различают мгновенные скачкообразные возмущения (рис. 1.31, а) и длительные монотонные возмущения (рис. 1.31, в).

Величина возмущения измеряется в процентах хода регулирующего органа или в процентах максимально возможного изменения расхода регулирующей среды и является основным показателем возмущения по нагрузке.

Практически возмущения по нагрузке не всегда представляют собой перемещения регулирующего органа, однако они всегда эквивалентны им. Так, изменение производительности объекта всегда сопровождается определенным перемещением регулирующего органа, которое позволяет, изменив расход регулирующей среды, поддерживать установленное значение регулируемой величины и т.п.

При расчетах системы из числа возможных значений величины возмущения принимают значение, максимально возможное в обычных эксплуатационных условиях (после расчета системы целесообразно сделать приближенную проверку переходного процесса для условий аварийных возмущений).

В тех случаях, когда система испытывает воздействие возмущения, непрерывно и монотонно изменяющегося во времени с определенной скоростью, при расчете принимают во внимание и скорость изменения возмущения.

65