Фафурин В.А., Терюшов И.Н. Автоматизация технологических процессов и производств - файл n1.doc

приобрести
Фафурин В.А., Терюшов И.Н. Автоматизация технологических процессов и производств
скачать (16087.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc16088kb.18.09.2012 09:51скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   21

Приложение 2


STAT BIN 05” – расчет областей допустимых управлений процесса ректификации по процедуре STAT B 05
screen 9

print "**************************************************"

print "* *"

print "* STAT BIN 05 *"

print "* *"

print "**************************************************"

print

dim X(19)

read Vmin, Vmax, dV, F, Xf, Xn1

print using "Количество исходной смеси F: ### . # "; F ;: print" кмоль в час"

print using "Минимальное значение парового потока в колонне V min: ### . # "; Vmin; :print" кмоль в час"

print using"Максимальное значение парового потока в колонне V max: ### . # "; Vmax ; :print" кмоль в час"

print using "Шаг изменения расхода парового потока delta V:

## . # "; dV ; :print" кмоль в час"

print using "Состав питания Xf: # . ### "; Xf; :print" мольные доли"

print using "Концентрация легколетучего компонента в дистиляте Xn1: # . ### "; Xn1 ; :print" мольные доли"

print

print

print "*----------------------------------------------------------------------------*"

print "Паровой поток в Выход дистиллята с Состав дистиллята, Состав кубового "

print "колонне, V установки, D Xn+1 мольные доли продукта, X0 "

print " кмоль в час кмоль в час мольные доли "

print "*----------------------------------------------------------------------------*"
FOR Vi = Vmin TO Vmax STEP dV

rem PRINT Vi,

Flev = 0

Fprav = F

N=0

M8:

N=N+1

if N>32 goto MA1

D = (Flev + Fprav) / 2

bettaVi = 1.6 * Vi + 47.6

W = F - D

X(1) = (F * Xf - Xn1 * D) / W

Y = X(1)

J = 2

IF Y <= 0 GOTO M1

X(11) = 1

X(10) = 0

M5:

IF J <= 10 GOTO M2

GOTO M3

M2:

P = X(1) * W

Li = Vi + W

GOTO M4

M3:

P = -D * Xn1

Li = Vi - D

M4:

X(J) = (Vi * Y + P) / Li

Ai = 6.0625 * X(J) ^ 2 - 10.975 * X(J) + 7.501

IF X(J) < 0 GOTO M1

IF X(11) < X(10) GOTO M1

G = 1 + (Ai - 1) * X(J)

Yravn = Ai * X(J) / G

Kvi = 1.06 / (1 / bettaVi + (Ai / (G ^ 2)) / 380.5)

Y = (Y - Yravn) * EXP(-Kvi / Vi) + Yravn

J = J + 1

IF J <= 19 GOTO M5

R = Y - Xn1

mR = ABS(R)

IF mR <= .001 GOTO M6

IF R <= 0 GOTO M1

GOTO M7

M1:

Fprav = D

GOTO M8

M7:

Flev = D

GOTO M8

M6:

print using" ### ##.### #.#### #.##### "; Vi, D, Y, X(1)

MA1:

NEXT Vi

DATA 150, 550,10

DATA 229.3,.232,.973

END

STAT BIN 06’’ – расчет областей допустимых управлений процесса ректификации по процедуре STAT B 06
print "**************************************************"

print "* *"

print "* STAT BIN 06 *"

print "* *"

print "**************************************************"

print

print

dim X(19)

read Vmin, Vmax, dV, F, Xf, X0

print using "Количество исходной смеси F: ### . # "; F ;: print" кмоль в час"

print using "Минимальное значение парового потока в колонне V min: ### . # "; Vmin; :print" кмоль в час"

print using"Максимальное значение парового потока в колонне V max: ### . # "; Vmax ; :print" кмоль в час"

print using "Шаг изменения расхода парового потока delta V:

## . # "; dV ; :print" кмоль в час"

print using "Состав питания Xf: # . ### "; Xf; :print" мольные доли"

print using "Концентрация легколетучего компонента в дистиляте X0: # . ### "; X0 ; :print" мольные доли"

print

print

print "*----------------------------------------------------------------------------*"

print "Паровой поток в Выход дистиллята с Состав дистиллята, Состав кубового "

print "колонне, V установки, D Xn+1 мольные доли продукта, X0 "

print " кмоль в час кмоль в час мольные доли "

print "*----------------------------------------------------------------------------*"
FOR Vi = Vmin TO Vmax STEP dV

Flev = 0

Fprav = F

N = 0

M9:

N = N + 1

IF N > 32 THEN GOTO MA2

D = (Flev + Fprav) / 2

betta Vi = 1.6 * Vi + 47.6

W = F - D

X(1) = X0

Y = X0

Xn1 = (F * Xf - W * X0) / D

IF Xn1 <= 1 GOTO M1

GOTO M2

M1:

IF Y <= 0 GOTO M3

J = 2

X(11) = 1

X(10) = 0

M7:

IF J <= 10 GOTO M4

GOTO M5

M4:

P = X(1) * W

Li = Vi + W

GOTO M6

M5:

P = -D * Xn1

Li = Vi - D

M6:

X(J) = (Vi * Y + P) / Li

Ai = 6.0625 * X(J) ^ 2 - 10.975 * X(J) + 7.501

IF X(J) < 0 GOTO M3

IF X(11) < X(10) GOTO M3

G = 1 + (Ai - 1) * X(J)

Yravn = Ai * X(J) / G

Kvi = 1.06 / (1 / bettaVi + (Ai / (G ^ 2)) / 380.5)

Y = (Y - Yravn) * EXP(-Kvi / Vi) + Yravn

J = J + 1

IF J <= 19 GOTO M7

R = Y - Xn1

mR = ABS(R)

IF mR <= .001 GOTO M8

IF R <= 0 GOTO M2

M3:

Fprav = D

GOTO M9

M2:

Flev = D

GOTO M9

M8:

print using" ### ##.### #.#### #.##### "; Vi, D, Y, X(1)

MA2:

NEXT Vi

DATA 150, 550, 10

DATA 229.3,.232,8.5E-3

END


Литература


  1. Анисимов И.В. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок / И.В. Анисимов, В.И. Бодров, В.Б. Покровский. – М.: Химия, 1975. – 216с.

  2. Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности / В.В.Шувалов, Г.А. Огаджаков, В.А. Голубятников. – 3-е изд. – М.: Химия, 1991. – 478 с.

  3. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для ВУЗов / под ред. Е.Г. Дудникова. – М.: Химия, 1987. – 368 с.

  4. Федоров Ю.А. Основы построения АСУТП взрывоопасных производств. В 2-х томах. Т.1. Методология. – М.: Синтег, 2006. – 710 с.

  5. Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов / И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник. – М.: Колос, 2004. – 344 с.



Лабораторная работа 3




РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Цель работы:
1. Научиться анализировать технологические процессы как объекты управления, выявлять их свойства и характеристики, важные с точки зрения задач автоматизации.

  1. Ознакомиться с основными этапами построения систем автоматизации, их содержанием и методами решения задач, определяемых этими этапами.

3. На конкретных примерах научиться решать задачи автоматизации технологических объектов.

4. Закрепить и углубить знания по выбору и расчету автоматических систем регулирования, которые являются типовыми и используются при автоматизации объектов.

1. Этапы построения систем автоматизации и их содержание
Разработка (построение) систем автоматизации включает в себя следующие этапы [1,2,3]:

  1. Анализ технологического объекта с точки зрения задач автоматизации. При этом выясняются его следующие характеристики.


1.1. Пожаро – и взрывоопасность процесса; агрессивность и токсичность рабочих сред; господствующие в объекте давление и температура.

1.2. Характер (амплитуда и форма) действующих на объект возмущений, место их приложения и частота появления.

1.3. Параметры контроля, регулирования, сигнализации, защиты и блокировки, в существующей схеме автоматизации этого объекта (если такая схема есть).

1.4. Распределенность или сосредоточенность параметров объекта или его отдельных каналов.

1.5. Число динамических емкостей в объекте, инерционность основных каналов передачи воздействий и запаздывания по этим каналам.

1.6. Свойства самовыравнивания объекта или его отдельных каналов.

1.7. Управляемость объекта с учетом действующих на него возмущений и динамики каналов.


  1. Выбор технической структуры системы автоматизации (централизованная, распределенная, одно-, двух- или многоуровневая). Определение перечня функций, возлагаемых на систему.




  1. Задачи автоматизации первого уровня управления.

3.1 Установление в соответствии с задачей автоматизации параметров контроля и регулирования, точек отбора этих параметров, уточнение пределов их изменений (по технологическому регламенту) и выбор методов измерения с целью последующего отбора технических средств.

Выбор возможных регулирующих воздействий и мест установки регулирующих органов.

3.2 Разработка алгоритмического и программного обеспечения задач первичной обработки информации, поступающей в систему.

3.3. Выбор (проектирование) наиболее рациональных схем регулирования технологических параметров (одноконтурных, каскадных, комбинированных, взаимосвязанных и др.). Определение законов регулирования регуляторов в выбранных АСР, расчет АСР и оценка качества их работы. Задачи по этому пункту решаются на основе имеющихся или разработанных математических моделей объекта или его отдельных каналов.

3.4. Установление объемов необходимых автоматических защит и технологических блокировок, параметров и видов сигнализации (технологическая, аварийная и др.); проектирование схем сигнализации, защиты и технологической блокировки, электрических схем управления.

3.5. Выбор технических средств автоматизации первого уровня управления, обоснование выбора.

3.6. Разработка схемы соединений (привязки) датчиков и исполнительных механизмов с техническими средствами (ПТК, МФК) первого уровня.


  1. Второй и более высокие уровни управления.

4.1. Уточнение определенного в п. 2 перечня функций, возлагаемых на второй и более высокие уровни управления. Решение задач оптимизации и оптимального управления процессом.

4.2. Выбор технических средств автоматизации рассматриваемых уровней управления.

4.3. Разработка схемы соединений технических средств второго и более высоких уровней между собой и с КТС первого уровня. Выбор сетевого оборудования, реализация ЛВС типа Ethernet и т.п.

Алгоритмическое и программное обеспечение задач автоматизации, реализуемых системами второго и более высоких уровней управления.

Примечание. Из перечисленных этапов в лабораторной работе рассматриваются этапы для построения первого уровня управления, определенные пунктами 1, 2, 3.
Рассмотрим содержание каждого из перечисленных по п.п. 1, 2, 3 этапов


  1. Анализ объекта по п.п. 1.1 необходим при выборе технических средств автоматизации, чаще всего датчиков: по исполнению (обычное, взрывозащищенное, пыле- и влагонепроницаемое и др.); по статическому давлению и температуре, на которые рассчитаны датчики технологических параметров.

Изучение характера действующих на объект возмущений (п.1.2) позволяет определить возмущения, допускающие стабилизацию перед входом в объект, контролируемые и неконтролируемые возмущения, выявить места их приложения (в начале, конце процесса, параметрические возмущения), частоту следования, величину и форму (скачкообразные, рамповые и др.).
Возмущения, допускающие стабилизацию
К ним относят независимые технологические параметры, которые могут испытывать существенные колебания, однако по условиям работы могут быть стабилизированы с помощью автоматической системы регулирования. К таким параметрам обычно относятся некоторые показатели входных потоков. Так, расход питания можно стабилизировать, если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая колебания расхода на выходе из предыдущего аппарата; стабилизация аппаратуры питания возможна, если перед аппаратом установлен теплообменник, и т.п. Очевидно, при проектировании системы управления целесообразно предусмотреть автоматическую стабилизацию таких возмущений. Это позволит повысить качество управления процессом в целом. В простейших случаях на основе таких систем автоматической стабилизации возмущений строят разомкнутую (относительно основного показателя процесса) систему автоматизации, обеспечивающую устойчивое ведение процесса в рамках технологического регламента.

Контролируемые возмущения
К ним условно относят те возмущения, которые можно измерить, но не возможно или недопустимо стабилизировать (расход питания, подаваемого непосредственно из предыдущего аппарата; температура окружающей среды и т.п.). Наличие существенных нестабилизируемых возмущений требует применения либо замкнутых по основному показателю процесса систем регулирования, либо комбинированных АСР, в которых качество регулирования повышается введением динамической компенсации возмущения.
Неконтролируемые возмущения
К ним относятся те возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно. Первые – это падение активности катализатора, изменение коэффициентов тепло- и массопередачи и т.п. Примером вторых может служить давление греющего пара в заводской сети, которое колеблется случайным образом и является источником возмущения в тепловых процессах. Выявление возможных неконтролируемых возмущений – важный этап в исследовании процесса и разработке системы управления. Наличие таких возмущений требует, как и в предыдущем случае, обязательного применения замкнутых по основному показателю процесса систем автоматизации.

Определение параметров контроля и регулирования в существующей схеме автоматизации по п.1.3 позволит предварительно наметить число каналов измерения и контуров регулирования, а также каналы внесения регулирующих воздействий.

Для защиты объекта в предварительных и аварийных ситуациях важно предварительно установить параметры сигнализации, защиты и блокировки. Особенно это важно для потенциально опасных объектов[1.2].

Выяснить по п.1.4, каким является объект распределенным или сосредоточенным, необходимо для построения соответствующей этому объекту системы контроля и регулирования. Известно, что объект с распределенными параметрами требует применения для его автоматизации распределенного контроля и распределенных управляющих воздействий (контроль и регулирование концентрации по высоте ректификационной колонны с боковым отбором промежуточных фракций и др.). Для сосредоточенных же объектов по интересующему нас параметру достаточно одного датчика и одного регулирующего клапана (например, контроль и регулирование давления в объекте).

Анализ числа динамических емкостей в объекте по п.1.5 позволяет ориентировочно определить его инерционность и запаздывания по каналам регулирования и возмущений, априорно определить структуры математических моделей по этим каналам для построения в дальнейшем соответствующих автоматических систем регулирования.

Выявление свойств самовыравнивания в объекте по тому или иному параметру по п.1.6 дает возможность сформулировать требования к быстродействию и точности работы соответствующей АСР. Очевидно, что объекты, не обладающие самовыравниванием, требуют для стабилизации их режимов работы более быстродействующих и высокоточных, а, следовательно, и более дорогих АСР.

Анализ управляемости объекта по п.1.7 позволяет сделать предварительное заключение работоспособности системы автоматизации с учетом действующих на объект возмущений и его динамических свойств. Объект считается плохо управляемым или совсем неуправляемым, если интервал следования возмущений tВ меньше длительности переходных процессов ТР, вызываемых этими возмущениями, т.е. tВ < ТР .


  1. В настоящее время для автоматизации объектов, особенно крупнотоннажных, используются, как правило, распределенные двух- или трехуровневые системы управления, имеющие очевидные преимущества перед централизованными одноуровневыми системами [2].

Согласно ГОСТам на создание АСУ ТП [2], современные системы автоматизации могут выполнять следующие перечни информационных и управляющих функций:

1. Информационные функции:

И1- сбор, первичная обработка и хранение информации;

И2- косвенное измерение параметров;

И3- сигнализация состояний;

И4- расчет технико- экономических показателей;

И5- регистрация информации;

И6- отображение информации.

Задачи И1 - И6 определяют минимальный набор функций, необходимых для создания функционально законченной системы управления. Возможна дальнейшая детализация любой информационной задачи. Например, в классе задач И5 предлагается регистрации:

2. Управляющие функции:

У1- регулирование параметров технологического процесса по стандартным П, ПИ, ПИД и др. законам;

У2- однотактное логическое управление;

У3- регулирование взаимосвязанных технологических параметров;

У4- программно- логическое управление;

У5- статическая оптимизация ведущего оборудования;

У6- динамическая оптимизация ведущего оборудования;

У7- статическая оптимизация объекта в целом;

У8- динамическая оптимизация объекта в целом.

Та или иная совокупность информационных или управляющих функций определяет техническое совершенство системы и ее экономическую эффективность.


  1. Параметры контроля и регулировании по п.3.1. выбирают так, чтобы при их минимальном числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе, и были соответствующие приборы для измерения этих параметров. Кроме того, измеряемые (регулируемые) величины не должны быть коррелированными между собой через процесс.

Регулирующие воздействия – это, как правило, материальные или тепловые потоки, которые изменяются для поддержания регулируемых параметров на заданном уровне. Регулирующие воздействия должны эффективно влиять на регулируемые координаты процесса. При построении замкнутых систем регулирования в качестве регулируемых координат выбирают технологические параметры, изменение которых свидетельствует о нарушении материального или теплового баланса в объекте. К ним относятся: уровень жидкости – показатель баланса по жидкой фазе; давление – показатель баланса по газовой фазе; температура – показатель теплового баланса в объекте; концентрация – показатель материального баланса по компонентам.

Анализ возможных регулирующих воздействий и выходных координат объекта позволяет выбрать каналы регулирования для проектируемых АСР. При этом в одних случаях решение определяется однозначно, а в других имеется возможность выбора как регулируемой координаты, так и регулирующего воздействия для заданного выхода. Окончательный выбор каналов регулирования проводят на основе сравнительного анализа статических и динамических характеристик различных каналов. При этом учитывается такие показатели, как коэффициент усиления объекта kоб, время чистого запаздывания ?, его отношение к наибольшей постоянной времени объекта ?/Т.

Точки отбора импульсов по параметрам контроля и регулирования должны быть наиболее информативными и обладать наименьшими запаздыванием и инерционностью по отношению к основным возмущениям процесса.

Места установки регулирующих органов выбирают из условий минимизации запаздывания и инерционности регулирующих воздействий и простоты их монтажа.

Вопросы алгоритмического и программного обеспечения задач первичной обработки информации по п.3.2. подробно рассмотрены в лабораторной работе 1 этого методического пособия.

Выбор схем регулирования технологических параметров по п.3.3. осуществляют на основе анализа технологического процесса как объекта регулирования. Начинают с проектирования одноконтурных АСР отдельных параметров: они наиболее просты в наладке и надежны в работе, поэтому широко используются при автоматизации технологических объектов.

Однако при неблагоприятных динамических характеристиках каналов регулирования (большом чистом запаздывании, большом отношении ?/Т) даже в случае оптимальных настроек регуляторов качество переходных процессов в одноконтурных АСР может оказаться неудовлетворительным. Для таких объектов анализируют возможность построения многоконтурных АСР, в которых качество регулирования можно повысить, усложняя схемы автоматизации, т.е. применяя каскадные, комбинированные, взаимосвязанные и др. АСР.

Окончательное решение о применении той или иной схемы автоматизации принимают после моделирования различных АСР на ЭВМ и сравнения качества получаемых процессов регулирования.
Каскадные АСР
Каскадные системы применяют для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирова­ния, если можно выбрать менее инерционную по отношению к наиболее опасным возмущениям промежуточную координату и использовать для нее то же регулирующее воздействие, что и для основного выхода объекта [1].

В этом случае в систему регулирования (рис. 3.1) вклю­чают два регулятора — основной (внешний) регулятор R, служа­щий для стабилизации основного выхода объекта у, и вспомо­гательный (внутренний) регулятор R1, предназначенный для регу­лирования вспомогательной координаты у1. Заданием для вспо­могательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора.

Выбор законов регулирования определяется назначением регуляторов:

Сравнение одноконтурных и каскадных АСР показывает, что вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной АСР повышается качество переходного процесса, особенно при компенсации возмущений, поступаю­щих по каналу регулирования (как будет показано ниже, при этом инерционность эквивалент­ного объекта благодаря внутрен­нему контуру снижается по сравнению с инерционностью основного канала регулирова­ния). Если по условию ведения процесса на вспомогательную переменную накладывается ограничение (например, температу­ра не должна превышать предельно допустимого значения или соотношение расходов должно лежать в определенных преде­лах), то на выходной сигнал основного регулятора, который является заданием для вспомогательного регулятора, также накладывается ограничение. Для этого между регуляторами устанавливается устройство с характеристиками усилительного звена с насыщением.



Рис. 3.1. Структурная схема каскадной АСР: W, W1 – каналы основной у и вспомогательной у1 регулируемых величин объекта; R, R1 –основной и вспомогательный регуляторы; хР, хР1 – регулирующие воздействия регуляторов R и R1; ?, ?1 – величины рассогласований между текущим и заданным значениями регулируемых величин у и у1; у0 – задание основному регулятору R
Примеры каскадных АСР технологических объектов
На рис. 3.2 приведен пример каскадной системы стабилизации температу­ры жидкости на выходе из теплообменника, в которой вспомо­гательным контуром является АСР расхода греющего пара. При возмущении по давлению пара регулятор 1 изменяет сте­пень открытия регулирующего клапана таким образом, чтобы поддержать заданный расход. При нарушении теплового ба­ланса в аппарате (вызванном, например, изменением входной температуры или расхода жидкости, энтальпии пара, потерь тепла в окружающую среду), приводящем к отклонению выход­ной температуры от заданного значения, регулятор температу­ры 2 корректирует задание регулятору расхода пара 1.



Рис.3.2. Каскадная система регулиро­вания температуры (2) с коррекцией задания регулятору расхода пара (1)
В химико-технологических процессах часто основная и вспо­могательная координаты имеют одинаковую физическую при­роду и характеризуют значения одного и того же технологи­ческого параметра в разных точках системы (рис. 3.3).



Рис. 3.3. Структурная схема каскад­ной АСР с измерением вспомогатель­ной координаты в промежуточной точке
На рис. 3.4 показаны фрагмент технологической схемы, включающий подогреватель реакционной смеси 2 и реактор 1, и система стабилизации температуры в реакторе.




Рис. 3.4. Каскадная система регули­рования температуры (4) в реакторе 1) с коррекцией задания регулятору температуры (3) на выходе тепло­обменника (2)
Регулирую­щее воздействие по расходу пара подается на вход теплооб­менника. Канал регулирования, включающий два аппарата и трубопроводы, является слож­ной динамической системой с большой инерционностью. На объект действует ряд воз­мущений, поступающих в раз­ные точки системы: давле­ние и энтальпия пара, температура и расход реакционной смеси, потери тепла в реакторе и т. п. Для повышения быстро­действия системы регулирования применяют каскадную АСР, в которой основной регулируемой переменной является темпе­ратура в реакторе, а в качестве вспомогательной выбрана тем­пература смеси между теплообменником и реактором.


Расчет каскадных АСР
Расчет каскадной АСР предпола­гает определение настроек основного и вспомогательного регуляторов при заданных динамических характеристиках объ­екта по основному и вспомогательному каналам. Поскольку настройки основного и вспомогательного регуляторов взаимо­зависимы, расчет их проводят методом итераций [4,5].

На каждом шаге итерации рассчитывают приведенную од­ноконтурную АСР, в которой один из регуляторов условно относится к эквивалентному объекту. Как видно из структур­ных схем на рис. 3.5, эквивалентный объект для основного регулятора (рис. 3.5,а) представляет собой последовательное соединение замкнутого вспомогательного контура и основного канала регулирования; передаточная функция его равна

(1)


Рис. 3.5. Структурные схемы эквивалентной одноконтурной системы регули­рования с основным (а) и вспомогательным (б) регулятором: вверху - эквивалентная одноконтурная схема; внизу — преобразование каскадной АСР к одноконтурной
Эквивалентный объект для вспомогательного регулятора 2 (рис. 3.5,6) является параллельным соединением вспомога­тельного канала и основной разомкнутой системы. Его переда­точная функция имеет вид:
(p)=W1(p) – W(p)R(p). (2)
В зависимости от первого шага итерации различают два метода расчета каскадных АСР.

1-й метод. Расчет начинают с основного регулятора. Метод используют в тех случаях, когда инерционность вспомогатель­ного канала намного меньше, чем основного.

На первом шаге принимают допущение о том, что рабочая частота основного контура (?р) намного меньше, чем вспомо­гательного (?р1) и при ?=?р

 . (3)

Тогда

. (4)

Таким образом, в первом приближении настройки S0 основно­го регулятора 1 не зависят от R1(p) и находятся по Wэ°(p).

На втором шаге рассчитывают настройки вспомогательного регулятора для эквивалентного объекта (1) с передаточ­ной функцией W1э(p), в которую подставляют R(p,S°).

В случае приближенных расчетов ограничиваются первыми двумя шагами. При точных расчетах их продолжают до тех пор, пока настройки регуляторов, найденные в двух последова­тельных итерациях, не совпадут с заданной точностью. Блок-схема алгоритма расчета приведена на рис. 3.6, а.

2-й метод. Расчет начинают со вспомогательного регулятора. На первом шаге предполагают, что внешний регулятор отклю­чен, т. е.

R(p)=0 W1эо=W1(p)

Таким образом, в первом приближении настройки вспомога­тельного регулятора S10 находят по одноконтурной АСР для вспомогательного канала регулирования. На втором шаге рас­считывают настройки основного регулятора по передаточной функции эквивалентного объекта Wэ1(p) с учетом R1(p,S10). Для уточнения настроек вспомогательного регулятора расчет проводят по передаточной функции (2) W1э1(p), в которую подставляют R(p,S1). Расчеты проводят до тех пор, пока на­стройки вспомогательного регулятора, найденные в двух по­следовательных итерациях, не совпадут с заданной точностью: (рис. 3.6, б).


Рис. 3.6. Блок-схемы алгоритмов расчета каскадных АСР: а – при условии высокого быстродействия внутреннего контура по сравнению с внешним; б – при условии отключения внешнего регулятора в начальном приближении

Для определения настроечных параметров регуляторов типовых каскадных АСР можно использовать за­висимости, приведенные на рис. 3.7*, 3.8, 3.9 и 3.10. Оптималь­ные параметры регуляторов определяются по известным значе­ниям следующих параметров объекта: время запаздывания в стабилизирующем (?1) и корректирующем (?) контурах, коэф­фициент передачи (k01) и постоянная времени (T01) стабилизи­рующего контура. По найденным с помощью графиков число­вым значениям относительных величин, отложенных по осям ор­динат, вычисляют: в случае П—ПИ системы — коэффициенты передачи стабилизирующего kp1 и корректирующего kp регуля­торов, а также время интегрирования Г и корректирующего ре­гулятора; в случае ПИ—ПИ системы — коэффициенты передачи (kp1 и kp) и время интегрирования (Ти1 и Ти) соответствен­но для стабилизирующего и корректирующего регуляторов. В дополнение к этим параметрам в ПИ—ПИД системе опреде­ляют время дифференцирования Тд корректирующего регуля­тора. Полученные значения настроечных параметров регулято­ров соответствуют оптимальному переходному процессу, обеспечивающему



Значения настроечных параметров регуляторов в каскадных АСР могут быть найдены путем моделирования систем на ЭВМ. Принципы моделирования каскадных систем аналогичны используемым при исследовании одноконтурных АСР[6]. Значения параметров настройки регуляторов определяются путем их ор­ганизованного поиска.

* Области независимого расчета регуляторов обозначены звездочкой (*)


Рис. 3.7. График, иллюстрирующий области динамической взаимонезависимости стабилизирующего и корректируещего контуров каскадной АСР типа П – ПИ: ?1, ?, Т01. Т0 – запаздывания и постоянные времени объекта по стабилизирующему и корректирующему контурам соответственно. * - области, где можно выполнять раздельный расчет настроечных параметров регуляторов


Рис. 3.8. График оптимальных значений настроечных параметров регуляторов каскадной АСР ти­па П—ПИ: k01 — коэффициент передачи объекта по стабилизирующему контуру; kр и kр1 — коэффициенты передачи коррек­тирующего и стабилизирующего регу­ляторов соответственно; ТИ,—время интегрирования корректирующего регу­лятора; остальные обозначения см. рис. 3.7


Рис. 3.9. График оптимальных значений настроечных параметров регуляторов каскадной АСР типа ПИ—ПИ: ТИ1—время интегрирования стабили­зирующего регулятора; остальные обо­значения см. рис. 3.8


Рис. 3.10. График оптимальных значений настроечных параметров регуляторов каскадной АСР ти­па ПИ—ПИД: Тд — время дифференцирования кор­ректирующего регулятора; остальные обозначения см. рис. 3.9
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   21


Приложение 2
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации