Материал: Д6590 Данин ВБ Автоматизированные комплексы

На графиках также отражено запаздывание на τz, с, по каналу реализации команды управления:

Если yp[τ] = 1, то g1[τ + τz] = gn; Если yp[τ] = 0, то g1[τ + τz] = 0.

Представленные на рис. 1, Б графики соответствуют переходным характеристикам реального астатического (неустойчивого) звена.

В системах автоматического регулирования (САР) несбалансированных астатических объектов используют позиционные законы (ПЗ) регулирования, так как устойчивую работу такого объекта (удержание уровня в баке в заданных пределах) можно обеспечить только периодическими переключениями по каналу управления (включение и отключение насоса).

Для выбора оптимальной настройки САР с ПЗ регулятором следует провести параметрический анализ объекта:

1.Анализ регулируемого параметра (отклика), z. Определить численные значения контрольных точек для всех возможных производственных ситуаций. Определить необходимую погрешность стабилизации z и требования к величине статической ошибки регулируемой величины по амплитуде в режиме установившихся колебаний.

2.Анализ возмущающих воздействий x(n). Определить диапазон варьирования для каждого неуправляемого возмущающего воздействия. Определить возможность и периодичность их одновременного изменения. Определить уравнение связи возмущения x(n) и скорости изменения отклика (регулируемого параметра z).

3.Анализ каналов управления объектом y. Определить способ воздействия на объект с целью изменения знака отклонений отклика z под влиянием возмущений x(n). Определить возможный диапазон варьирования y при управлении объектом. Определить уравнения связи управляющего воздействия y и скорости изменения отклика z.

Результаты такого анализа могут быть оформлены в виде таблицы информационного обеспечения.

Для лучшего понимания алгоритма анализа объекта предварительно рассмотрим графики переходных процессов формируемые при работе САР ПЗ регулирования бака накопителя.

На рис. 3, А, Б представлены графики, определяющие изменение во времени численных значений регулируемого параметра h, м, возмущающего воздействия g2, кг/с, команды формируемой регулято-

11

ром yp (0,1), управляющего воздействия на объект g1, кг/с при работе контура САР ПЗ-регулирования.

На рисунке рассмотрены результаты работы контура для двух состояний объекта:

А – при постоянной нагрузке на объект g2nom = 0,5gn принятой за номинальное значение (начальная точка для отсчѐта отклонений возмущений);

Б – при малом потреблении воды из бака g2 = 0,1gn. На графике обозначены:

hpo, м – начальная точка для отсчѐта отклонений регулируемого параметра;

hpw, м – численное значение уровня при достижении которого подаѐтся команда на выключение насоса yp = 0;

hpl, м – численное значение уровня при достижении которого подаѐтся команда на включение насоса yp = 1.

В момент времени 1, при h[ 1] = hpl, подаѐтся команда с выхода регулятора yp = 1 на включение насоса. С задержкой по времени z = 2

–1 количество воды подающейся в бак насосом устанавливается на

уровне g1[ 2] = gn. На отрезке времени 3 – 2 включѐн насос и происходит наполнение бака водой.

Скорость увеличения уровня в баке:

– для режима рис. 3, А:

да регулятора yp = 0 на выключение насоса. С задержкой по времени z = 4 – 3 количество воды подающейся в бак насосом устанавливается на уровне g1[ 4] = 0. На отрезке времени 5 – 4 выключен насос

и происходит опорожнение бака. Скорость снижения уровня в баке:

– для режима рис. 3, А:

А. Работа САР при номинальной нагрузке g2nom = g2min + 0,5(g2max – g2min}, например, g2nom = 0,5gn

Б. Работа САР при минимальной нагрузке, например, g2min = 0,1gn. Рис. 3. Графики изменения во времени параметров при ПЗ-регулировании

бака-накопителя

13

В момент времени 5, при h[ 5] = hpl, подаѐтся команда с выхода регулятора yp = 1 на включение насоса и цикл повторяется. На графиках рис. 3 отражены динамические забросы регулируемой величины до значения hw, м при заполнении бака, и до значения hl, м при опорожнении. Величина заброса определяется запаздыванием τz исполнения команды по каналу управления объектом, а также скоростью изменения уровня в режиме переключения.

Основными показателями оптимальности настройки ПЗрегулятора являются:

«статическая ошибка» – положительная ahw = hw – hp0 и отрицательная

ahl = hp0 – hl амплитуда отклонения регулируемого параметра в колебательном режиме от значения принятого за номинал; время цикла c = 5 – 1, сек, либо частота wc = 1/( 5 – 1), 1/сек, определяющие периодичность колебаний численного значения регулируемого параметра относительно номинала hp0.

При настройке ПЗ-регулятора величину статической ошибки можно уменьшить приближением уставок регулятора hpw и hpl к номинальному значению hp0, но при этом увеличится частота переключений wc, что приведѐт к сокращению ресурса технических средств САР. Анализируя объект, необходимо оценить предельно допустимые отклонения регулируемой величины с учѐтом динамического заброса при всех возможных для данного объекта производственных ситуациях (для бака это

изменение потребления воды из бака в диапазоне g2min … g2max).

Так как объект в переходном процессе является неустойчивым звеном, то необходимо предусмотреть сигнализацию или защиту на случай отказа исполнительных устройств в контуре ПЗ-регулирования (для бака отказ включения насоса приведѐт к полному опорожнению, отказ выключения приведѐт к переполнению).

АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ БАКА-НАКОПИТЕЛЯ

В этом разделе рассматриваются условия реализации ПЗ САР бака-накопителя в системе водообеспечения малого предприятия. В табл. 1 приведены результаты параметрического анализа баканакопителя в системе водообеспечения предприятия.

14

При эксплуатации бака-накопителя в системе водоснабжения не предъявляется особых требований к точности стабилизации уровня в баке, что позволяет выбрать настройку переходных характеристик ПЗ-регулятора на режим устойчивых колебаний с большой амплитудой колебаний, а это, в свою очередь, обеспечит наименьшую частоту включения/отключения электродвигателя насоса и увеличение срока эксплуатации объекта. Таким образом, основными параметром

15