Курсовий проект
Типи регуляторів. Методика настройки регуляторів
ЗМІСТ|вміст,утримання|
Вступ………………………………………………………….
…………………………………………….. 6
Вказівки заходів
безпеки………………………………………………………..
……………….. 6
1 Системи
регулювання…………………………………………………….
………………………………… 7
1.1 Структурна схема простої системи
регулювання……………………………………….. 7
1.2 Основні терміни і
визначення……………………………………………………..
……………….. 8
1.3 Класифікація систем автоматичного
регулювання………………………………………….10
1.4 Вимоги до промислових
САР……………………………………………………………
……… 12
1.5 Класифікація об’єктів
управління|…………………………………………………….
…..13
1.6 Класифікація приладів і засобів|кошт|
автоматизації……………………………………………..14
1.7 Первинні перетворювачі.
Датчики………………………………………………………..
….. 15
1.8 Виконавчі механізми. Регулюючі
органи|………………………………………………………..
..16
2 Характеристики і властивість систем
управління……………………………………………… 17
2.1 Методи опису властивостей систем
управління……………………………………….. 17
2.2 Статичні
характеристики………………………………………………….
………………..17
2.3 Динамічні
характеристики………………………………………………….
……………. 18
2.4 Типові ланки систем
регулювання…………………………………………………….
…19
2.4.1 Ланка системи
регулювання…………………………………………………….
………19
2.4.2 З’єднання|сполучення,сполука| ланок систем
регулювання………………………………………………….20
2.5 Передавальна
функція………………………………………………………..
…………………20
2.5.1 Перетворення диференціальних рівнянь по Лапласу………………………..20
2.5.2 Експериментальні методи визначення динамічних характеристик
об’єктів управління |….. 21
2.6 Визначення параметрів перехідних
характеристик……………………………………….21
2.7 Типові процеси
регулювання…………………………………………………….
………………. 24
2.7.1 Аперіодичний перехідною процес з|із| мінімальним часом
регулювання………….24
2.7.2 Перехідною процес з|із| 20%-ным пере регулювання і мінімальним
часом першого на півперіоду………………………………………………………….24
2.7.3 Перехідною процес, що забезпечує мінімум інтегрального критерію
якості…………..25
2.8 Коефіцієнти передачі елементів і блоків
САР|……………………………………………25
2.8.1 Розмірні коефіцієнти
передачі……………………………………………………….
..25
2.8.2 Безрозмірні коефіцієнти
передачі……………………………………………………25
2.9 Стійкість систем
управління……………………………………………………..
………..26
2.10 Показники якості процесу управління……………………………..……………26
2.10.1 Стале значення вихідної величини
Ууст…………………………………… 27
2.10.2 Ступінь|міра| загасання ?|затухання|
………………………………………………………………
27
2.10.3 Час досягнення першого максимуму
tmax………………………………………..27
2.10.4 Час регулювання
tp…………………………………………………………….
…………27
2.10.5 Помилка регулювання
Ест………………………………………………………28
2.10.6 Перерегулювання
у……………………………………………………………..
………….. 28
2.10.7 Динамічний коефіцієнт регулювання
Rd………………………………………… 28
2.10.8 Показник коливання
М……………………………………………………………..
..29
|вміст,утримання|
3 Типи регуляторів|регулювальник|. Закони
регулювання…………………………………………………….
………………………. 29
3.1 Двохпозиційні регулятори …………………………………………………………………………….. 29
3.1.1 Призначення. Принцип
роботи…………………………………………………………
………………… 29
3.1.2 Алгоритми двохпозиційного регулювання …………………………………………….……30
3.1.3 Зона гистерезиса ……………………………………………………………………….……… 30
3.1.4 Процеси регулювання з|із| двохпозиційним
законом……………………………………………….. 31
3.1.5 Види і логіка роботи двохпозиційних регуляторів|регулювальник| і
систем сигналізації……………….32
3.1.6 Достоїнства і недоліки|нестача| двохпозиційних
регуляторів………………………………………. 35
3.2 Трьохпозиційні регулятори..……………………..…………………………………………………… 36
3.2.1 Призначення. Принцип
роботи…………………………………………………………
………………… 36
3.2.2 Алгоритми трьохпозиційного
регулювання…………………………………………………….
…… 37
3.2.3 Зона
гистерезиса…………………………………………………….
………………………………………… 38
3.2.4 Процеси регулювання з|із| трьохпозиційним
законом…………………………….…………38
3.2.5 Параметри настройки трьохпозиційних
регуляторів|регулювальник|……………………………………….
…….39
3.2.6 Трьохпозиційне імпульсне
управління……………………………………………………..
…………..40
3.3 Багатопозиційні
регулятори……………………………………………………..
………………………………….. 40
3.3.1 Призначення. Принцип
роботи…………………………………………………………
………………… 40
3.3.2 Алгоритм багатопозиційного
регулювання…………………………………………………….
……. 41
3.3.3 Зона
гистерезиса…………………………………………………….
………………………………………… 42
3.3.4 Процеси регулювання з|із| багатопозиційним
законом………………………………….….. 42
3.3.5 Параметри настройки багатопозиційних
регуляторів|регулювальник|……………………………………….
……42
3.3.6 Проектування багатопозиційних мікропроцесорних систем
управління…….……….. 43
3.4 П-, ПІ-|, ПД-|
ПІД-регулятори………………………………………………….
………………………………………..43
3.4.1 Типові регулятори|регулювальник| і регулювальні
характеристики……………………………..……….. 43
3.4.2 Структурні схеми безперервних
регуляторів|регулювальник|……………………………………….
……………….44
3.4.3 Узгодження вихідних пристроїв|устрій| безперервних
регул……………………………………. 45
3.4.4 Алгоритми
регулювання…………………………………………………….
…………………………………*
3.4.5 Процес
регулювання…………………………………………………….
………………………………………*
3.4.6 Реакція регулятора|регулювальник| на одиничну|поодинокий|
ступінчасту|східчастий| взаємодію…………………………….…..46
3.5 Адаптивні
регулятори……………………………………………………..
…………………………………………….48
4 Вибір закону регулювання і типу
регулятора……………………………………………………..
…………….. 48
4.1 Завдання|задача| вибору закону управління і типу
регулятора|регулювальник|………………………………………..
…………48
4.2 Визначення динамічних характеристик об’єкту
регулювання.…………………………..……… 49
4.3 Показники якості процесу регулювання для безперервних
регуляторів……………………….49
4.4 Рекомендації по вибору закону регулювання і типу
регулятора…………………………………….49
4.4.1 П-закон
регулювання…………………………………………………….
……………………………………50
4.4.2 ПІ-закон
регулювання…………………………………………………….
…………………………………..50
4.4.3 ПИД-закон
регулювання…………………………………………………….
……………………………….50
5 Напрям|направлення| дії регулятора|регулювальник|, об’єкта|
регулювання і виконавчого механізму…………………………..…51
5.1 Основні положення|становище| і
визначення……………………………………………………………………
…………51
5.1.1 Напрям|направлення| дії об’єкта|
регулювання…………………………………………………….
…………………… 51
5.1.2 Вимірювальні перетворювачі прямої
дії……………………………………………………………
….51
5.1.3 Виконавчий механізм (клапан) прямої дії………………….…………………………….….51
5.1.4 Напрям|направлення| дії
регулятора……………………………………………………..
…………………………………51
5.2 Узгодження напряму|направлення| дії регулятора|регулювальник| з
об’єктом|
регулювання…………………………………………..52
5.3 Вибір напряму|направлення| дії
регулятора…………………………..…………………………………………….
………..54
* Зміст|вміст,утримання| даних розділів буде представлений|уявлений| в
наступній|такий| редакції
ЗМІСТ|вміст,утримання|
6 Методи настройки
регуляторів…………………………………………………….
……………………………………..54
6.1 Визначення оптимальних настройок
регуляторів|регулювальник|……………………………………….
…………………..54
6.2 Установка параметрів регулювання без знання характеристик
об’єкта………………………. 54
6.3 Ручна установка параметрів регулювання по перехідній
функції…………………………..……55
6.4 Метод Циглера-Никольса розімкненої системи з|із|
самовирівнюючими………………………….. *
6.5 Метод Циглера-Никольса розімкненої системи без
самовирівнюючими………………………..*
6.6 Метод Циглера-никольса замкнутою
системи………………………………………………………..
…………*
6.7 Метод макс| Ку для замкнутої
системи………………………………………………………..
………………….. *
6.8 Метод для затухаючих
колевання………………………………………………………
………………………….. *
6.9 Метод
Кохен-Кунса…………………………………………………….
…………………………………………………. *
6.10 Метод настройки каскадних
регуляторів…………………………………………………….
………………….*
6.11 Метод настройки двохзв’язаних
регуляторів…………………………………………………….
…………….*
6.12 Вплив неоптимальних настройок регуляторів|регулювальник| на
об’єкт| управління…………………………… *
7 Рекомендації по проектуванню і настройці систем
регулювання..……………………………… 56
7.1 Вибір параметра і каналу
регулювання…………………………………………………….
……………………56
7.2 Вибір періоду
квантування…………………………………………………….
………………………………………56
7.3 Регулювання за наявності
шумів………………………………………………………….
………………………. 57
7.4 Способи збільшення точності регулювання двохпозиційних
регуляторів………………………….57
Додаток|застосування| А. Список
літератури……………………………………………………..
…………………………………………. *
Додаток|застосування| Б. Перелік
ілюстрацій……………………………………………………..
………………………………………….*
Додаток|застосування| В. Перелік
таблиць………………………………………………………..
……………………………………………*
Додаток|застосування| Р.
Глосарій……………………………………………………….
…………………………………………………………*
ЛИСТ|аркуш| РЕЄСТРАЦІЇ
ЗМІН…………………………………………………………..
………………………………………………59
Вступ
Дана інструкція призначена для надання|виявлення| практичної допомоги
користувачам по настройці систем регулювання на базі продукції
підприємства МІКРОЛ| (регуляторів|регулювальник|,
індикаторів-регуляторів|регулювальник|, програмованих контроллерів і
ін.).
Інструкція призначена для:
• пуско-налагоджувальних організацій і підрозділів
• проектантів засобів|кошт| автоматизації
• для тих, що налагоджують систем автоматизації і управління
технологічними процесами
• персоналу по обслуговуванню і експлуатації КІПіА.
Основним завданням|задача| при побудові|шикування| систем автоматичного
регулювання є|з’являтися,являтися| правильний вибір, установка, наладка
і експлуатація систем регулювання. В даний час|нині| автоматизуються все
більш складні об’єкти|, а також спостерігається тенденція витіснення
аналогових систем управління цифровими. Пояснюється це широкими
можливостями|спроможність| по реалізації самих довершених|досконалий|
алгоритмів регулювання, що, у свою чергу|своєю чергою|, гарантує
отримання|здобуття| високої точності і хорошої|добрий| швидкодії в
замкнутій системі безпосереднього цифрового управління.
Тому для застосування|вживання| систем управління і регулювання від
користувача потрібні певні знання по теорії автоматичного управління.
У даній інструкції представлені|уявлені| основні структурні схеми систем
регулювання, приведені основні терміни і визначення теорії автоматичного
управління. Приведена класифікація систем автоматичного регулювання і
обє’ктів| управління, логіка роботи різних типів
регуляторів|регулювальник|.
Представлені|уявлені| рекомендації за визначенням динамічних
властивостей об’єкту, по вибору типу регулятора|регулювальник| з|із|
відповідним законом регулювання, а також методи настройки
регуляторів|регулювальник| нададуть практичну допомогу користувачам при
наладці і експлуатації різних систем управління.
Використовуючи представлену|уявлену| технічну інформацію про системи
регулювання і методи їх настройки користувачі можуть
настроювати|набудовувати,налаштовувати| регулятори|регулювальник| на
базі систем управління інших виробників.
ВКАЗІВКИ ЗАХОДІВ БЕЗПЕКИ
Обслуговуючий персонал і налагоджувальники систем управління при
виробництві робіт зобов’язані виконувати вимоги безпеки, викладені в
інструкції по охороні праці і техніці безпеки, що діє на підприємстві,
розробленої з урахуванням|з врахуванням| діючих будівельних норм і
правил, Правил техніки безпеки при експлуатації електроустановок
споживачів, а також вимог інструкцій заводів-виготовників по
експлуатації вживаного устаткування|обладнання|, пристосувань,
механізованого інструменту, технологічного оснащення і засобів|кошт|
захисту, вживаних в процесі роботи.
При монтажі і експлуатації забороняється проводити калібрування і
перебудову вхідних і вихідних аналогових каналів, змінювати|зраджувати|
конфігурацію регуляторів|регулювальник| і систем, що управляють, при
працюючих відповідних виконавчих механізмах технологічної установки.
При введенні в експлуатацію регуляторів|регулювальник|, знятті
динамічних, статичних характеристик об’єкту|, перехідних характеристик
(кривих розгону) необхідно:
• керуватися рекомендаціям і дозволами персоналу технологічної установки
для проведення даного виду робіт, а також для того, щоб не порушити
нормальної роботи технологічного процесу, не пошкодити
устаткування|обладнання|, не поставити під загрозу|погроза| життя
персоналу технологічного об’єкту|.
1 СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ
1.1 Структурна схема простої системи регулювання
1.1.1 Структурна схема простої замкнутої системи регулювання приведена
на рис.1.1.
Система регулювання знаходиться|перебувати| в режимі автоматичного
управління.
В процесі роботи система автоматичного регулювання порівнює поточне
значення вимірюваного параметра Х із|із| заданою дією
(завданням|задавання| SP, уставкою|) і усуває розузгодження E (Е=SP-PV).
Зовнішні збуджуючі|бентежачі| дії Z також усуваються
регулятором|регулювальник|.
Наприклад, при регулюванні температури в печі, заданою дією
(завданням|задавання| SP) є|з’являтися,являтися| необхідна температура
повітря, вимірюваним і регульованим параметром X – поточна температура в
печі, розузгодженням E є|з’являтися,являтися| їх різниця, управляє
величиною| Y є|з’являтися,являтися| напруга|напруження|, що подається на
нагрівальний елемент (наприклад, ТЕН).
Малюнок 1.1 – Структурна схема замкнутої системи регулювання
де: SP – задаюча дія; «задатчик» – ручний або програмний задатчик| (у
окремому випадку оператор системи управління); X – контрольований і
регульований технологічний параметр; E=SP-PV – розузгодження; Y –
сигнал, що управляє; Z – зовнішні збудження|збурення|; ОУ-| об’єкт|
управління.
1.1.2 Структурна схема простої розімкненої системи регулювання приведена
на мал. 1.2.
Система регулювання знаходиться|перебувати| в режимі ручного управління.
В процесі роботи оператора аналізує (візуально) значення вимірюваного
параметра Х (наприклад, на технологічному індикаторі), і при
необхідності, за допомогою ручного задатчика|, встановлює необхідне
значення технологічного параметра Х. Внутрішні збуджуючі|бентежачі| дії
Z також усуваються оператором, уручну|вручну|.
Наприклад, при ручному регулюванні температури в печі, задаючою дією SP
є|з’являтися,являтися| сигнал з ручного задатчика|, вимірюваним і
регульованим параметром X – поточна температура в печі, що управляє
величиною| Y є|з’являтися,являтися| напруга|напруження|, що подається з
ручного задатчика| на нагрівальний елемент (наприклад, ТЕН).
Малюнок 1 самовирівнючими.2- Структурна схема розімкненої системи
регулювання
де: SP – дія, що управляє (задаючи); X – контрольований технологічний
параметр; У|в,біля| – сигнал, що управляє; Z – зовнішні збудження
|збурення|; ОУ-| об’єкт| управління.
1.2 Основні терміни і визначення
У даному розділі приводяться|призводяться,наводяться| основні терміни і
визначення, використовувані в теорії автоматичного управління (ТАУ).
Сучасні системи управління технологічними процесами характеризуються
великою кількістю і різноманітністю технологічних параметрів, систем
регулювання і об’єктів| регулювання.
1.2.1 Параметр технологічного процесу – фізична величина технологічного
процесу, наприклад, температура, тиск|тиснення|, витрата, рівень, обєм|,
маса, рН|, напруга|напруження| і т.д. На рис.1.1 дана величина вказана
як X або PV=X, де PV – Process Variable – змінна процесу.
Даний параметр називається вхідною дією (Х) – що подається на вхід
системи або пристрою|устрій| управління.
1.2.2 Параметр технологічного процесу, який необхідно підтримувати
постійним, або змінювати|зраджувати| за заданою програмою, або
змінювати|зраджувати| по певному закону, називається – регульованим
параметром.
Значення регульованої величини в даний момент часу називається миттєвим
значенням.
Значення регульованої величини, отримане|одержане| в даний момент часу
на підставі даних деякого вимірювального приладу називається її
зміряним|виміряним| значенням.
Вимірюваний і (або) регульований параметр технологічного процесу може
перетворюватися первинним приладом (датчиком) в який-небудь уніфікований
сигнал. Якщо датчик видає неуніфікований сигнал (наприклад, термопари,
термоперетворювачі| опору, тензодатчики| і ін.), то для приведення його
до стандартного діапазону повинен бути встановлений|установлений|
відповідний нормалізатор| (перетворювач) сигналів. Також можна
використовувати вимірників-регуляторів|регулювальник| з|із|
універсальним входом, які підтримують підключення більшості найбільш
поширених типів первинних приладів (датчиків) без використання
нормалізаторів| сигналів.
1.2.3 Об’єкт управління (ОУ|) або об’єкт| регулювання –
пристрій|устрій|, необхідний режим роботи якого повинен підтримуватися
ззовні спеціально організованими діями, що управляють.
1.2.4 Управління – формування дій по певному закону, що
управляють, забезпечують необхідний режим роботи ОУ|.
1.2.5 Автоматичне управління – управління, здійснюване без
безпосередньої участі людини.
1.2.6 Регулятор|регулювальник| – пристрій|устрій|, що забезпечує
підтримку заданого значення (SP) регульованої величини (PV) або
автоматичну зміну її по заданому закону.
1.2.7 Завдання|задача| регулювання – доведення вихідної величини X
об’єкта| регулювання до наперед|заздалегідь| певного значення SP і
утримання її на даному значенні з урахуванням|з врахуванням| впливу
збуджуючих|бентежачих| дій.
1.2.8 Система автоматичного регулювання (САР|) – автоматична система
із|із| замкнутим ланцюгом|цеп| дії (див. рис.1.1), в якій управління Y
виробляється в результаті|унаслідок,внаслідок| порівняння дійсного
значення (PV=X) із|із| заданим значенням SP. Основне призначення САР|
полягає в підтримці заданого постійного значення регульованого
параметра або зміна його по певному закону.
1.2.9 Додатковий зв’язок в структурній схемі САР| (див. рис.1.1),
направлена|спрямований| від виходу до входу, називається зворотним
зв’язком (ЗЗ). Зворотний зв’язок може бути негативним|заперечний| або
позитивним.
1.2.10 Вихідна дія (Y) – дія, що видається на виході системи управління
або пристрою|устрій| регулювання.
У літературі по автоматизації також зустрічаються абревіатури,
відповідні даному визначенню:
MV – Manipulated Variable – регульована (вихідна) змінна
CO|із| – Controlled Output – регульована (вихідна) змінна або
потужність.
1.2.11 Задаюча дія (SP – Set Point Value, W, Wx, Wv) – дія на систему,
що визначає необхідний закон зміни регульованої величини.
1.2.12 Збуджуюча|бентежача| дія (Z) – дія, прагнуча порушити
функціональний зв’язок між задаючою дією і регульованою величиною.
Головне призначення систем автоматичної стабілізації – компенсація
зовнішніх збуджуючих|бентежачих| дій.
1) Види збуджуючих |бентежачих| дій, діючі на систему
стабілізації (систему управління), приведені в таблиці 1.1:
Таблиця 1.1- Видів збуджуючих |бентежачих| дій, діючі на систему
стабілізації
Вид збуджуюч ої|бентежачої| дії Дія системи управління
Примітки|тлумачення|
1 Збудження |збурення| з боку навантаження на технологічний об’єкт|
Компенсація зовнішнього збудження|збурення| Найбільш неприємним випадком
є|з’являтися,являтися| збудження |збурення| по навантаженню, оскільки
при цьому: 1) зазвичай|звично| невідоме місце додатку|застосування|
збудження |збурення|; 2) невідомий момент подачі збудження |збурення|;
3) невідомий характер|вдача| або вид збудженої функції.
2 Збудження |збурення| у вигляді зміни сигналу завдання|задавання| на
регулятор|регулювальник| Точний відробіток|відробляння| сигналу
завдання|задавання|
2) Класифікація видів збуджених |бентежачих| дій, що діють на систему
управління або регулювання, приведена в таблиці 1.2:
Таблиця 1.2 – Класифікація видів збуджуючих |бентежачих| дій
Класифікація Вид збудженої дії Місце додатку|застосування| збудження
|збурення| Примітки|тлумачення|
1 По характеру|вдача| зміни в часі • повільно|повільно| змінні
• імпульсні
• випадкові
2 За типами випадкових збуджень |збурення| • низькочастотні випадкові
збудження |збурення| Поступають|надходити| на вхід об’єкта| управління
• високочастотні (шуми) Поступають|надходити| на вихід об’єкта|
управління Необхідна фільтрація шумів
Примітки|тлумачення|.
1. Залежно від характеру|вдача| переважаючих|пануючий| збуджень
|збурення| і типу системи управління вибирається і відповідний критерій
оптимізації настройок регулятора|регулювальник|.
2. На практиці обурення|збурення| по навантаженню найчастіше
компенсуються відповідним переміщенням регулюючого органу, що
змінює|зраджувати| витрату речовини або кількості енергії, що
підводиться, до об’єкту| управління. Тому таке збудження |збурення| і
приводять|призводити,наводити| до входу об’єкта|, а його величину
вимірюють|виміряти| у відсотках|процент| ходу регулюючого органу.
1.2.13 Розузгодження регулювання (E = SP-PV = SP-X) – різниця між
заданим (SP) і дійсним (PV) значенням регульованої величини.
1.2.14 Відхилення регулювання (E = PV-SP = X-SP) – різниця між дійсним
(PV) значенням і заданим (SP) значенням регульованої величини.
1.2.15 Статичне регулювання. При статичному регулюванні
регульована величина (наприклад, температура), що
знаходиться|перебувати| під впливом різних зовнішніх дій (подача
напруги|напруження| на ТЕН або подачі охолоджуючої рідини) на
регульований об’єкт після закінчення перехідного процесу, приймає
неоднакові значення, залежні від величини дії.
Характерні|вдача| особливості статичної системи регулювання
наступні|слідуючий|:
1) рівновага системи можлива при різних значеннях регульованої величини;
2) кожному значенню регульованої величини відповідає певне
положення|становище| регулюючого органу.
1.2.16 Астатичне|нестійкий| регулювання. При астатичному|нестійкий|
регулюванні немає певного зв’язку між положенням|становище| регулюючого
органу і сталим значенням регульованої величини.
При астатичному|нестійкий| регулюванні при різних по величині значеннях
зовнішньої збуджуючої |бентежачої| дії (навантаження) на об’єкт після
закінчення перехідного процесу відновлюється значення регульованої
величини.
Характерні|вдача| особливості астатичної|нестійкий| системи регулювання
наступні|слідуючий|:
1) рівновага системи можлива тільки|лише| при єдиному значенні
регульованої величини (наприклад, рівня), причому це значення рівне
заданому;
2) регулюючий орган (наприклад, клапан, заслінка) повинен
мати можливість|спроможність| займати|позичати,посідати| різні
положення|становище| при незмінному значенні регульованої величини.
У|в,біля| астатичних|нестійкий| регуляторів|регулювальник| відсутня
статична помилка і регульована величина залишається рівною заданою з|із|
точністю, відповідній нечутливості регулятора|регулювальник| для всіх
рівноважних станів системи.
1.3 Класифікація систем автоматичного регулювання
Класифікація систем автоматичного регулювання (САР|) приведена в таблиці
1.3. Таблиця 1.3 – Класифікація систем автоматичного регулювання
Класифікація САР| Коротка характеристика САР|
1 За призначенням алгоритму зміни задаючої дії (або по вигляду|вид|
виконуваних функцій) Що стабілізує Підтримує регульований параметр на
постійному значенні заданої точки. X=SP=const
Програмна Змінює|зраджувати| регульовану величину відповідно до функції
завдання|задавання| в часі – програмні задатчики|. SP=F[SPprog(t)]
Слідкуюча Завдання|задача| полягає в тому, щоб зміни регульованої
величини стежили за змінами іншого параметра. X=var
З|із| управлінням від ПЕВМ Змінює|зраджувати| регульовану величину
залежно від наперед|заздалегідь| невідомої величини заданої точки.
Значення завдання|задавання| регулятору|регулювальник| формується по
інтерфейсу. X=var
2 По кількості контурів регулювання Одно контурні Що містять|утримувати|
один контур регулювання
Багатоконтурні Декілька контурів регулювання, що містять|утримувати| (в
т.ч. каскадні регулятори|регулювальник|, регулятори|регулювальник|
обмеження)
3 По кількості регульованих технологічних параметрів Однокомпонентні
Системи з|із| однією регульованою величиною
Багатокомпонентні незв’язані Системи з|із| декількома регульованими
величинами. Регулятори|регулювальник| безпосередньо не зв’язані і можуть
взаємодіяти тільки|лише| через загальний|спільний| для них об’єкт|
регулювання
Багатокомпонентні зв’язані Системи з|із| декількома регульованими
величинами. Регулятори|регулювальник| різних параметрів одного або
декількох об’єктів| зв’язані між собою:
• Регулятори|регулювальник| із|із| статичною і/або динамічною корекцією
параметра або заданої точки
• Регулятори|регулювальник| співвідношення декількох параметрів з|із|
постійним або керованим коефіцієнтом співвідношення
• Каскадні регулятори|регулювальник|
• Регулятори|регулювальник| обмеження (з|із| макс|. або мін. обмеженням)
4 По своєму функціональному призначенню Спеціалізовані САР| температури,
тиску|тиснення|, витрати, рівня, об’єму| і ін.
Універсальні З|із| нормованими вхідними і вихідними сигналами і
придатні для управління різними параметрами
5 За законом регулювання або логіці роботи контура регулювання
Двохпозиційний Див. розділ 3
Трьохпозиційний
П,ПІ,ПІД-регулятор
ШІМ-регулятор|регулювальник|
Адаптивні Самоналагоджувальні,
автонастроюються|набудовуються,налаштовуються|
Оптимальні Що використовують оптимальний закон регулювання
6 По характеру|вдача| використовуваних для управління сигналів (по роду
дії) Безперервні Аналогові сигнали (струм|тік|, напруга|напруження|).
Окремий випадок – вихідний сигнал ШІМ| регулятора|регулювальник| (з|із|
дискретним виходом)
Дискретні Релейні, імпульсні, цифрові. Вихідні пристрої|устрій| –
механічне реле, твердотільне|твердотілий| реле, симістор|, тиристор,
транзисторний ключ|джерело|, інтерфейс
7 По характеру|вдача| математичних співвідношень Лінійні Для яких
справедливий принцип суперпозиції (див. прим.1)
Нелінійні Для яких не справедливий принцип суперпозиції (див. прим.1)
8 По вигляду|вид| використовуваній для регулювання енергії Електричні В
т.ч. електронні
Пневматичні| Мембранні, поршневі, лопатеві
Гідравлічні
Механічні
Комбіновані Електропневматичні, пневмо-|, електромеханічні
9 За принципом регулювання По розузгодженню Див. прим.2
По відхиленню Див. прим.2
По збудженню |збурення| Див. прим.3
Комбіновані Див. прим.4
10 По напряму|направлення| дії Прямі Регулятори|регулювальник| прямої
(нормального) дії
Зворотні Регулятори|регулювальник| зворотної (реверсивного) дії
11 За принципом дії Прямої дії Не використовують зовнішню енергію, а
використовують енергію самого об’єкта| управління
(регулятори|регулювальник| тиску|тиснення|)
Непрямої дії Для роботи потрібне зовнішнє джерело енергії
Примітки|тлумачення| до таблиці 1.3:
1) Принцип суперпозиції (накладення): Якщо на вхід об’єкта| подається
декілька вхідних дій (або обурень|збурення|) – див. мал. 1.3, то реакція
об’єкта | на суму вхідних дій рівна сумі реакцій об’єкта | на кожну дію
окремо|нарізно|.
Л (X1 +X2 + …+Xn) = Л (X1) + Л (X2)+ …+Л (Xn) (1.1)
Малюнок 1.3- Пояснення принципу суперпозиції
2) Переважна більшість систем побудована|споруджена| за принципом
зворотного зв’язку – регулювання по розузгодженню або регулювання по
відхиленню-| див. рис.1.4:
а)
б)
Малюнок 1.4 – Регулювання по розузгодженню а) і регулювання по
відхиленню б)
3) Принцип регулювання по збудженню |збурення| (принцип компенсації) –
див. рис.1.5:
Малюнок 1.5- Регулювання по збудженню |збурення|, де: К – підсилювач
з|із| коефіцієнтом посилення К
4) Комбінований принцип регулювання по розузгодженню і збудженню
|збурення| – див. мал. 1.6:
Малюнок 1.6- Регулювання по розузгодженню і збудженню |збурення|
Комбінований принцип регулювання (див. мал. 1.6) поєднує|сполучати| в
собі особливості принципів регулювання по розузгодженню (відхиленню) і
збудженню |збурення|. Цей спосіб досягає високої якості управління.
Обмеження застосування|вживання| комбінованого принципу регулювання:
• не завжди можна зміряти|виміряти| збуджуючий |бентежачий|
чинник|фактор| Z
• не завжди можна експериментально визначити ступінь|міра| дії
• не завжди можна скласти математичну модель об’єкта | управління
• не завжди представляється можливим встановити датчик (або дуже
дорого).
1.4 Вимоги до промислових САР|
Для того, щоб технологічне устаткування|обладнання| працювало з|із|
високим ККД, із|із| заданою продуктивністю, давало продукцію необхідної
якості і працювало надійно, необхідно підтримувати величини, що
характеризують процес, в більшості випадків постійними. Це найважливіше
завдання|задача| покладене на промислові системи автоматичного
регулювання і стабілізації технологічних процесів.
У системах стабілізації – сигнал заданої точки (завдання|задавання|,
встановлення| регулятора|регулювальник|) залишається постійним в
перебігу тривалого часу роботи. Інший, не менш важливим|поважний|
завданням|задача|, є|з’являтися,являтися| завдання|задача| програмного
управління технологічним агрегатом, що забезпечує перехід на нові режими
роботи. Вирішення|розв’язання,розв’язування| цієї проблеми здійснюється
за допомогою тієї ж системи автоматичної стабілізації,
завдання|задавання| якої змінюється від програмного задатчика|.
Для більшості промислових САР| необхідна достатньо|досить| висока
точність їх роботи ±(1-1.5)%. При цьому головне призначення системи
стабілізації – це компенсація зовнішніх збуджуючих |бентежачих| дій, що
діють на об’єкт управління.
Структурна схема одноконтурної САР| промисловим об’єктом управління
приведена на мал. 1.7:
Малюнок 1.7 – Структурна схема одноконтурної САР| промисловим об’єктом
управління
Пояснення до малюнка 1.7:
Основні елементи: ЗДН| – задатчик|, ПРЗ| – програмний задатчик|, ЕС| –
елемент порівняння, РЕГ| – автоматичний регулятор|регулювальник|,
ПП|глузд| – підсилювач потужності, АР – автоматичний
регулятор|регулювальник| (сучасні регулятори|регулювальник| з’єднюють|
вузли ЗДН|, ПРЗ|, РЕГ|, ПП|глузд|, НП|), ВМ – виконавчий механізм, РО| –
регульований орган, ЗЗп – зворотний зв’язок по положенню|становище|
регулюючого органу, ОУ| – об’єкт управління, Д – датчик (первинний
перетворювач), НП| – нормуючий перетворювач (у сучасних мікропроцесорних
системах управління і регуляторах|регулювальник|, є|з’являтися,являтися|
вбудованим вхідних пристроєм|устрій|).
Позначення змінних: SP- задаючий сигнал, E – помилка регулювання, Up-
вихідний сигнал регулятора|регулювальник|, Uу – напруга|напруження|, що
управляє, h – переміщення регулюючого органу, Qт- витрата речовини або
енергії, Z – збуджуючої|бентежачі| дії, PV=X – регульований параметр
(наприклад температура), Yос – сигнал зворотного зв’язку (вихідна
напруга|напруження| або струм|тік| перетворювача).
Характерною|вдача| особливістю схеми є|з’являтися,являтися| наявність
нормуючого перетворювача НП|, що забезпечує роботу автоматичного
регулятора|регулювальник| із|із| стандартними значеннями струму|тік|
(0-5, 0-20, 4-20mA) або напруги|напруження| (0-10 В). Нормуючий
перетворювач НП| виконує наступні|слідуючий| функції:
1) перетворить нестандартний вхідний сигнал (mB, Ом) в стандартний
вихідний сигнал;
2) здійснює фільтрацію вхідного сигналу;
3) здійснює лінеаризацію статичної характеристики датчика;
4) стосовно термопари, здійснює температурну компенсацію холодного спаю.
У сучасних промислових регуляторах|регулювальник| нормуючий перетворювач
НП| як правило є|з’являтися,являтися| обов’язковою складовою частиною
вхідного пристрою|устрій| регулятора|регулювальник| АР (див. мал. 1.7).
Основні вимоги до промислових САР|:
1) Промислова САР| повинна забезпечувати стійке управління процесом у
всьому діапазоні навантажень на технологічний об’єкт|.
2) Система повинна забезпечувати в околиці робочої крапки|точка|
задану якість процесів управління (час перехідного процесу,
перерегулювання і коливання).
3) Система повинна забезпечувати в сталому режимі задану точність
регулювання. Бажано забезпечити нульову статичну помилку регулювання.
Всі ці умови будуть виконаються, якщо об’єкт | управління
є|з’являтися,являтися| стаціонарним, або його варіації параметрів
достатньо|досить| малі і компенсуються запасами стійкості системи.
Сучасні промислові регулятори|регулювальник| забезпечують стійкий процес
регулювання переважної більшості промислових об’єктів за умови, що|при
умові , що,при условии | правильно вибрані настройки
регулятора|регулювальник|.
Чим вище за вимогу до якості регулювання, тим більше складною і
дорогою|любий| буде система. Тому при створенні|створіння| САР| прагнуть
знайти розумний компроміс між якістю регулювання і витратами|затрата| на
автоматизацію технологічного процесу.
1.5 Класифікація об’єктів управління
Об’єктом управління може бути, наприклад, пекти, колона
ректифікації, реактор, теплообмінник, а також група технологічних
апаратів або інше технологічне устаткування|обладнання|. Класифікація
об’єктів управління (ОУ|) приведена в таблиці 1.4.
Таблиця 1.4 – Класифікація об’єктів | управління
Класифікація об’єктів | управління Коротка характеристика об’єкта |
управління
1 По характеру|вдача| протікання технологічного процесу • Циклічні,
періодичні
• Безперервно-циклічні
• Безперервні
2 По характеру|вдача| сталого значення вихідної величини об’єкта | |
* При подачі вхід об’єкта | ступінчастого|східчастий| (пробного) сигналу
• Об’єкти з|із| самовирівнюванням *. Самовирівнюванням процесу
регулювання називається властивість регульованого об’єкту після|потім|
порушення рівноваги між притокою|приплив| і витратою повернутися до
цього стану самостійно, без участі людини або регулятора|регулювальник|.
Самовирівнювання сприяє швидшій стабілізації регульованої величини і,
отже, полегшує роботу регулятора|регулювальник|.
• Об’єкти без самовирівнювання *
3 По структурі об’єкта| • Без запізнювання
• Із|із| запізнюванням. Наявність значних запізнювань – це
характерна|вдача| особливість більшості технологічних об’єктів.
Наявність запізнювання пояснюється| кінцевою|скінченний| швидкістю
розповсюдження|поширення| потоків інформації в технологічних об’єктах|
(транспортне запізнювання)
4 По кількості вхідних і вихідних величин і їх взаємозв’язку •
Одновимірні|одномірний| (один вхід і один вихід)
• Багатовимірні|багатомірний| багатозв’язкові – коли спостерігається
взаємний вплив технологічних параметрів один на одного
• Багатовимірні|багатомірний| незв’язкові – взаємозв’язок між каналами
яких малий
5 По вигляду|вид| статичних характеристик і характеру|вдача|
математичних співвідношень • Лінійні
• Нелінійні
6 По поведінці в статичному режимі • Статичні. Є|наявний| однозначна
залежність між вхідною і вихідною діями (стан статики).
Прикладом|зразок| є|з’являтися,являтися| любий|усякий| тепловою об’єкт|.
• Астатичні|нестійкий|. Залежність відсутня. Приклад|зразок|: Залежність
кута|ріг,куток| повороту ротора електродвигуна від прикладеної
напруги|напруження|. При подачі напруги|напруження| кут|ріг,куток|
повороту постійно зростатиме, тому однозначної залежності у|в,біля|
нього немає.
7 По розпреділеності| об’єкта| управління • Локальні об’єкти| управління
• Розподілені об’єкти| управління
8 За типом стаціонарності об’єкта| • Стаціонарні
• Нестаціонарні. Параметри нестаціонарного об’єкту| з часом змінюються.
Наприклад, хімічний реактор з|із| каталізатором, активність якого падає
з часом, або літальний апарат, маса якого зменшується у міру вигорання
палива|пальне|
9 По залежності від інтенсивності випадкових збуджень|збурення| що діють
на об’єкт| • Стохастичні|самодифузія|
• Детерміновані
10 По напряму|направлення| дії • Об’єкти прямої (нормального) дії
• Об’єкти зворотної (реверсивного) дії
11 По здатності|здібність| запасати робоче середовище|середа|
(місткості|ємкість| і багатомісткості|ємкість| об’єкти |) • Не
місткості|ємкість| об’єкти |
• Місткості|ємкість| об’єкти |. Об’єкти регулювання володіють
здатністю|здібність| акумулювати робоче середовище|середа| усередині
об’єму|обсяг|. Запас накопиченої об’єктом енергії (речовини) називається
місткістю|ємкість| об’єкту. Фізично вона виявляється у вигляді
теплоємності, геометричної місткості|ємкість| резервуару, інерційності
рухомих мас і т.п. Наприклад, ємність бака з водою залежить від його
розмірів. Чим більше бак, тим повільніше змінюватиметься рівень при
порушенні відповідності між притокою|приплив| і витратою. Особливість
більшості об’єктів управління є|з’являтися,являтися| їх багатоємність| (
наявність каскадів або ланцюжків технологічних об’єктів). Багатоємність
приводить|призводити,наводити| до підвищення порядку|лад|
диференціального рівняння об’єкту тобто до появи множини|безліч| досить
малі постійні часу об’єкту.
1.6 Класифікація приладів і засобів|кошт| автоматизації
Прилади і засоби|кошт| автоматизації є сукупністю технічних
засобів|кошт|, що включають засоби|кошт| вимірювання|вимір| і
засобу|кошт| автоматизації, призначені для сприйняття, перетворення і
використання інформації для контролю, регулювання і управління.
Структура системотехнічних| основ побудови|шикування| і розвитку системи
приладів базується на стандартних| принципах і методах:
1) уніфікації сигналів, інтерфейсів, конструкцій, модулів і блоків
2) мінімізації номенклатури
3) формування гнучких, програмованих і перебудовуваних компонентів
системи
4) реалізації у виробах раціональних естетичних і ергономічних вимог.
Єдина державна система промислових приладів і засобів|кошт|
автоматизації містить|утримувати| три галузі: гідравлічну, пневматичну і
електричну.
Блоковий-модульний принцип характеризується наявністю окремих модулів
або блоків, що виконують достатньо|досить| просту функцію. Цей принцип
дозволяє зменшити номенклатуру засобів|кошт| автоматизації, спрощує
ремонт і заміну, зменшує вартість, дозволяє реалізувати принцип
взаємозамінності.
Уніфіковані сигнали:
1) Пневматичні – сигнали тиску|тиснення| стислого повітря мають
діапазон зміни сигналу: 0,2-1 кгс/см2 або 0,02-0,1 МПа; сигнал
живлення|харчування|: 1,4 кгс/см2; відстань передачі сигналу: до 300 м.
2) Електричні сигнали мають багато діапазонів, які можна розділити на
дві групи:
а) сигнали постійного струму|тік|, наприклад: 0-5 мА|, 0-20 мА|, 4-20
мА| і др.;
б) сигнали напруги|напруження| постійного струму|тік|, наприклад: 0-1 В,
0-10 В і ін.
Первинні прилади (датчики) можуть перетворювати вимірюваний параметр в
який-небудь уніфікований сигнал. Якщо ж датчик видає неуніфікований
сигнал, то для приведення його до стандартного діапазону повинен бути
встановлений|установлений| відповідний нормуючий перетворювач.
Класифікація приладів:
На різних технологічних виробництвах і інших об’єктів| найбільш часто
вимірюваними величинами є|з’являтися,являтися| температура,
тиск|тиснення|, витрата і рівень. На них
доводиться|припадати,приходитися| біля 80 % всіх вимірювань|вимір|.
Решту частини|частка| займають|позичати,посідати| електричні, оптичні і
ін. види вимірювання|вимір|.
При вимірюваннях|вимір| використовуються різні вимірювальні прилади, які
класифікуються по ряду|лава,низка| ознак. Загальною|спільний| градацією
є|з’являтися,являтися| розділення|поділ| їх на прилади для
вимірювання|вимір|: механічних, електричних, магнітних, теплових і інших
фізичних величин.
Класифікація по роду вимірюваної величини указує|вказувати|, яку фізичну
величину вимірює|виміряти| прилад (тиск|тиснення| Р, температуру Т,
витрату F, рівень L, кількість речовини Q і т.д.).
Виходячи з ознаки перетворення вимірюваної величини, вимірювальні
прилади розділяють на прилади: безпосередньої оцінки або порівняння.
По характеру|вдача| зміни: стаціонарні і переносні.
За способом відліку вимірюваної величини: що показують, реєструючі,
такі, що підсумовують.
1.7 Первинні перетворювачі. Датчики
Первинні прилади, датчики або первинні перетворювачі призначені для
безпосереднього перетворення вимірюваної величини в іншу величину,
зручну для вимірювання|вимір| або використання. Вихідними сигналами
первинних приладів, датчиків є|з’являтися,являтися| як правило
уніфіковані стандартизаційні| сигнали, інакше використовуються нормуючі
перетворювачі (див. рис.1.8).
Розрізняють генераторні, параметричні і механічні перетворювачі:
1) Генераторні здійснюють перетворення різних видів енергії в
електричну, тобто|цебто| вони генерують електричну енергію
(термоелектричні, п’єзоелектричні, электрокінетичні|, гальванічні і ін.
датчики).
2) До параметричних відносяться реостатні, тензодатчики|, термоопору| і
т.п. Даним приладам для роботи необхідне джерело енергії.
3) Вихідним сигналом механічних первинних перетворювачів
(мембранних, манометрів, дифманометрів|, ротаметрів| і ін.)
є|з’являтися,являтися| зусилля, що розвивається чутливим елементом під
дією вимірюваної величини.
Основні структурні схеми підключення первинних перетворювачів
Малюнок 1.8- Основні структурні схеми підключення первинних
перетворювачів
Пояснення до малюнка 1.8. Первинний перетворювач, датчик Д може мати
вихідний уніфікований сигнал см.рис.1.8.а і неуніфікований сигнал
см.рис.1.8.б. У другому випадку використовують нормуючі перетворювачі
НП|.
Нормуючий перетворювач НП| виконує наступні|слідуючий| функції:
перетворить нестандартний неуніфікований сигнал (наприклад, mV, Ом) в
стандартний уніфікований вихідний сигнал; здійснює фільтрацію вхідного
сигналу; здійснює лінеаризацію статичної характеристики датчика;
стосовно термопари, здійснює температурну компенсацію холодного спаю.
Нормуючий перетворювач НП| застосовується, також в наступних|слідуючий|
випадках: коли необхідно подати сигнал вимірюваної величини на декілька
вимірювальних або регулюючих приладів; а також коли необхідно передати
сигнал на великі відстані, наприклад сигнал від термопари передається на
малі відстані – до 10м, а уніфікований сигнал постійного струму|тік|
може передаватися на великі відстані – до 100м.
У сучасних промислових регуляторах|регулювальник| нормуючий перетворювач
НП| як правило є|з’являтися,являтися| обов’язковою складовою частиною
вхідного пристрою|устрій| регулятора|регулювальник|.
1.7.1 Первинні перетворювачі для вимірювання|вимір| температури:
По термодинамічних властивостях, використовуваних для вимірювання|вимір|
температури, можна виділити наступні|слідуючий| типи термометрів:
• термометри розширення, засновані на властивості температурного
розширення рідких і твердих тіл;
• термометри газові і рідинні манометричні;
• термометри конденсаційні;
• електричні термометри (термопари);
• термометри опору;
• оптичні монохроматичні пірометри;
• оптичні колірні пірометри;
• радіаційні пірометри.
1.7.2 Первинні перетворювачі для вимірювання|вимір| тиску|тиснення|:
За принципом дії:
• рідинні (заснований на урівноваженні тиск|тиснення| стовпом рідини);
• поршневі (вимірюваний тиск|тиснення|
врівноважується|зрівноважується,урівноважується| зовнішньою силою, що
діє на поршень);
• пружинні (тиск|тиснення| вимірюється по величині деформації пружного
елементу);
• електричні (заснований на перетворенні тиск|тиснення| в яку-небудь
електричну величину).
По роду вимірюваної величини:
• манометри (вимірювання|вимір| надмірного|надлишковий|
тиску|тиснення|);
• вакуумметри (вимірювання|вимір| тиску|тиснення| розрядки);
• мановакуумметри| (вимірювання|вимір| як надмірного|надлишковий|
тиску|тиснення|, так і тиску|тиснення| розрядки);
• напорометри| (для вимірювання|вимір| малого надмірного|надлишковий|
тиску|тиснення|);
• тягоміри (для вимірювання|вимір| малого тиску|тиснення|, розрядок,
перепадів тиску|тиснення|);
• тягонапорометри|;
• дифманометри| (для вимірювання|вимір| різниці або перепаду
тиску|тиснення|);
• барометри (для вимірювання|вимір| барометричного тиску|тиснення|).
1.7.3 Первинні перетворювачі для вимірювання|вимір| витрати пари, газу
і рідини:
Прилади, що вимірюють|виміряти| витрату, називаються
витратовимірювачами|. Ці прилади можуть бути забезпечені лічильниками
(інтеграторами), тоді вони називаються витратовимірювачами
|-лічильниками. Такі прилади дозволяють вимірювати|виміряти| витрату і
кількість речовини.
Класифікація перетворювачів для вимірювання|вимір| витрати пари, газу і
рідини:
• Механічні:
Об’ємні|обсяг|: ковшові, барабанного типа, мірники.
Швидкісні: по методу змінного або постійного перепаду тиску|тиснення|,
напірні трубки|люлька|, ротаційні.
• Електричні: електромагнітні, ультразвукові, радіоактивні.
1.7.4 Первинні перетворювачі для вимірювання|вимір| рівня:
Під вимірюванням|вимір| рівня розуміється індикація положення|становище|
розділу двох середовищ|середа| різної щільності щодо|відносно|
якої-небудь горизонтальної поверхні, прийнятої за початок відліку.
Прилади, що виконують це завдання|задача|, називаються рівнемірами.
Методи вимірювання|вимір| рівня: поплавковий буйковий|, гідростатичний,
електричний і ін.
1.8 Виконавчі механізми. Регулюючі ограни|
Виконавчими механізмами ЇМ в системах автоматичного регулювання САР| і
дистанційного керування називаються пристрої|устрій|, що здійснюють
переміщення регулюючого органу РО| відповідно до сигналів, що
поступають|надходити|, від пристрою|устрій|, що управляє.
2 ХАРАКТЕРИСТИКИ І ВЛАСТИВІСТЬ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ
2.1 Методи опису властивостей систем управління
Існують методи отримання|здобуття| математичного опису об’єктів і систем
управління:
• аналітичні – базуються на використанні рівнянь, в т.ч. диференціальних
• експериментальні – припускають|передбачати| проведення серії
експериментів на реальному об’єкті|
• комбіновані методи – найбільш ефективні, коли, використовуючи
аналітично отриману|одержану| структуру об’єкту, її параметри визначають
в ході експериментів на реальному об’єкті |.
У теорії автоматичного управління використовуються різні методи опису
властивостей систем управління:
• статичні характеристики
• динамічні характеристики
• диференціальні рівняння
• передавальні функції
• частотні характеристики
• словесний (текстове, табличне) опис.
Статичні, динамічні, частотні характеристики, диференціальні рівняння і
передавальні функції є точні математичні методи опису властивостей
систем.
Словесний опис, на відміну від математичних методів опису властивостей
систем, допомагає зрозуміти принцип дії системи, її призначення,
особливості функціонування і т.д. Проте|однак|, що саме головне, воно не
дає кількісних оцінок якості регулювання, тому не придатна для вивчення
характеристик систем і побудови|шикування| систем автоматизованого
управління.
2.2 Статичні характеристики
Статична характеристика елементу – називається залежність сталих значень
вихідної величини від значення величини на вході системи, т.д.:
Сталий режим (Yуст) – це режим, при якому розбіжність|розходження| між
дійсним значенням регульованої величини і її заданим значенням буде
постійним в часі.
Статичний елемент – у|в,біля| якого при постійній вхідній дії з часом
встановлюється постійна вихідна величина. Наприклад, при подачі на вхід
нагрівача| різних значень напруги|напруження| він нагріватиметься до
відповідних цій напрузі|напруження| значень температури.
Астатичний|нестійкий| елемент – у|в,біля| якого при постійній вхідній
дії сигнал на виході безперервно росте|зростати| з|із| постійною
швидкістю, прискоренням і т.д.
Лінійний статичний елемент – називається безінерційний| елемент, що
володіє лінійною статичною характеристикою вигляду|вид|:
Yуст = k*X + b
(2.2)
Як видно|показно| з|із| формули (2.2), статична характеристика елементу
має вид прямої з|із| коефіцієнтом нахилу до і зсувом|зміщення|
характеристики b.
Лінійні статичні характеристики, на відміну від нелінійних, зручніші для
вивчення завдяки своїй простоті. Якщо модель об’єкта| нелінійна, то
зазвичай|звично| її перетворять до лінійного вигляду|вид| шляхом методу
лінеаризації.
Система управління називається статичною, якщо при постійній вхідній дії
помилка управління Е прагне до постійного значення, залежного від
величини дії.
Система управління називається астатичною|нестійкий|, якщо при постійній
вхідній дії помилка управління Е прагне до нуля незалежно від величини
дії.
2.3 Динамічні характеристики
Перехідний процес – це перехід системи від одного сталого режиму до
іншого при яких-небудь вхідних діях. Перехідні процеси
зображаються|змальовуються| графічно у вигляді кривій Y(t).
Наприклад, процес нагріву в печі до сталого значення
Yуст може мати вигляд|вид|, представлений|уявлений| на малюнку
2.2.
Малюнок 2.2- Перехідний процес нагріву в печі
Перехідний процес характеризує динамічні властивості системи і її
поведінку.
Оскільки вхідні дії можуть змінюватися в часі, то і перехідні
характеристики будуть кожного разу різні|. Для простоти аналізу систем
вхідні дії X(t) приводять|призводити,наводити| до одного з типових
видів, представлених|уявлених| на рис.2.3:
Малюнок 2.3- Види вхідних дій
Залежно від виду вхідної дії функція Y(t) може мати різне позначення:
Перехідна характеристика h(t) – реакція об’єкта| на
одиничну|поодинокий| ступінчасту|східчастий| дію за нульових початкових
умов, тобто при х(0) = 0 і у|в,біля|(0) = 0.
Імпульсна характеристика щ(t) – реакція об’єкта| на д-функцію за
нульових початкових умов.
При подачі на вхід об’єкта| синусоїдального сигналу, на виході, як
правило, в сталому режимі виходить також синусоїдальний сигнал, але|та|
з|із| іншою амплітудою і фазою:
* sin(щ*t + ц),
(2.3)
– амплітуда, щ – частота сигналу, ц – фаза.
Частотна характеристика (ЧХ|, АФХ| і ін.) – залежність амплітуди і фази
вихідного сигналу системи в сталому режимі при додатку|застосування| на
вході синусоїдальної (гармонійного) дії.
Види частотних характеристик (ЧХ|):
• АФХ| – залежність амплітуди і фази від частоти
(зображається|змальовується| на комплексній площині|плоскість|);
• АЧХ| – залежність амплітуди від частоти;
• ФЧХ| – залежність фази від частоти;
• ЛАХ|, ЛАЧХ| – логарифмічні АЧХ|.
2.4 Типові ланки систем регулювання
2.4.1 Ланка системи регулювання – це елемент, що володіє певними
властивостями в динамічному відношенні|ставлення|. Ланки систем
регулювання можуть мати різну фізичну основу (електричні, пневматичні,
механічні і ін. ланки), але|та| відноситься до однієї групи.
Співвідношення вхідних і
вихідних сигналів в ланках однієї групи описуються однаковими
передавальними функціями.
Прості типові ланки, приведені на рис.2.4 (на малюнку
представлені|уявлені| перехідні характеристики і передавальні функції):
• а)підсилююче,
• б), в) інтегруюче| ідеальне, інтегруюче | реальне
• г) диференціююче (ідеальне, реальне)
• д)аперіодичне інерційне
• е) коливаючи, запізнююче.
Малюнок 2.4- Перехідні характеристики і передавальні функції типових
ланок
Пояснення до малюнка 2.4:
а) Підсилювальна ланка, пропорційну|пропорціональний| ланку
підсилює|посилювати| вхідний сигнал в К раз. Рівняння ланки у|в,біля| =
К*х, передавальна функція W(р)= К (де – К коефіцієнт посилення).
Приклад|зразок| підсилювальної ланки – механічні передачі, датчики.
Підсилювальна ланка є|з’являтися,являтися| безінерційною| ланкою.
б) Ідеальна інтегруюча| | ланка має вихідну величину
пропорційну|пропорціональний| інтегралу вхідної величини. При подачі
сигналу на вхід ланки вихідний сигнал постійно зростає. Ідеальна
інтегруюча| ||ланка є|з’являтися,являтися| астатичною|нестійкий|,
оскільки не має сталого режиму.
в) Реальна інтегруюча|| ланка має передавальну функцію
представлену|уявлену| на малюнку 2.4-в. Реальна інтегруюча | ланка
є|з’являтися,являтися| ланкою із|із| запізнюванням. Перехідна
характеристика на відміну від ідеальної ланки є|з’являтися,являтися|
кривою. Приклади|зразок| інтегруючої | ланки:
місткість|ємкість|, що наповнюється водою; інтегральний імпульсний
виконавчий механізм.
г) Ідеальні диференціюючі ланки фізично не
реалізовуються. Реальні диференціюючі ланки є диференціюючі ланки
більшості об’єктів|. Перехідна характеристика і передавальна функція
приведена на рис.2.4-г:
д) Аперіодична (інерційне) ланка першого порядку|лад|
представлена|уявлена| на рис.2.4-д, де Т постійна часу. Більшість
теплових об’єктів| є|з’являтися,являтися| аперіодичними ланками.
Наприклад, при подачі на вхід електричної печі напруги|напруження| її
температура змінюватиметься по аналогічному закону.
).
. Наприклад, стрічковий транспортер, конвейєр.
2.4.2 З’єднання|сполучення,сполука| ланок систем регулювання
Досліджуваний об’єкт| в цілях спрощення аналізу функціонування
розбивається на елементарні ланки. Після|потім| визначення передавальних
функцій для кожної ланки – вирішується|розв’язуватися| завдання|задача|
об’єднення| їх в одну передавальну функцію об’єкта|. Вид передавальної
функції об’єкта| залежить від послідовності
з’єднання|сполучення,сполука| ланок:
Послідовне з’єднання|сполучення,сполука| ланок:
Wоб = W1хW2 х W3
… (2.4)
При послідовному з’єднанні|сполучення,сполука| ланок їх передавальні
функції перемножуються.
2) Паралельне з’єднання|сполучення,сполука| ланок:
Wоб = W1+W2 + W3
+ … (2.5)
При паралельному з’єднанні|сполучення,сполука| ланок їх передавальні
функції складаються.
2.5 Передавальна функція
2.5.1 Перетворення диференціальних рівнянь по Лапласу дає
можливість|спроможність| ввести|запровадити| зручне поняття
передавальної функції, що характеризує динамічні властивості системи.
Передавальною функцією називається відношення|ставлення| зображення
вихідної дії Y(р) до зображення вхідного X(р) за нульових початкових
умов.
(2.6)
Передавальна функція є|з’являтися,являтися| раціональною для дробу
функцією комплексної змінної:
(2.7)
де:
– чисельник
– знаменник
Передаточна функція має порядок,який визначається порядком полінома
знаменника (n).
З формули (2.6) слідує, що зображення вихідного сигналу можна найти так:
(2.8)
Оскільки|тому що| передавальна функція системи повністю визначає її
динамічні властивості, то первинне завдання|задача| розрахунку САР|
зводиться до визначення її передавальної функції.
При розрахунку настройок регуляторів|регулювальник| широко
використовуються достатньо|досить| прості динамічні моделі промислових
об’єктів| управління. Зокрема, використання моделей інерційних ланок
першого або другого порядку|лад| із|із| запізнюванням для розрахунку
настройок регуляторів|регулювальник| забезпечує в більшості випадків
якісну роботу реальної системи управління.
Залежно від виду перехідної характеристики (кривій розгону) задаються
частіше всього одним з трьох видів передавальної функції об’єкту|
управління:
У вигляді передавальної функції інерційної ланки першого порядку|лад|:
(2.9)
де:
К – коефіцієнт посилення,
Т – постійна часу,
– запізнювання,
які повинні бути визначені в околиці номінального режиму роботи
об’єкту|.
2) Для об’єкту| управління без самовирівнювання передавальна функція має
вигляд|вид|:
(2.10)
3) Більш точніше динаміку об’єкту| описує модель другого порядку|лад|
із|із| запізнюванням:
(2.11)
.5.2 Експериментальні методи визначення динамічних характеристик
об’єктів| управління діляться на два класи:
1. Методи визначення тимчасових характеристик об’єкту| | управління.
2. Методи визначення частотних характеристик об’єкту| | управління.
Тимчасові методи визначення динамічних характеристик діляться, у свою
чергу|своєю чергою|, на активні і пасивні.
Активні методи припускає|передбачати| подачу на вхід об’єкту| | пробних
тестуючих сигналів, якими є|з’являтися,являтися|:
• регулярні функції часу (ступінчастий|східчастий| або прямокутний
імпульси, гармонійний сигнал, періодичний двійковий сигнал) – див.розділ
2.3;
• пробні сигнали випадкового характеру|вдача| (білий шум,
псевдовипадковий двійковий сигнал – ПСДС|).
Залежно від виду пробного сигналу вибирають відповідні методи обробки
вихідного сигналу об’єкту | управління. Так, наприклад, при подачі
ступінчастого|східчастий| сигналу, що управляє, знімають криву розгону
об’єкту |, а при подачі прямокутного імпульсного сигналу знімають криву
відгуку. Крива відгуку знімається для об’єктів |, що не допускають
подачу на вхід об’єкту | ступінчастих|східчастий| сигналів.
Достоїнствами активних методів є|з’являтися,являтися|:
• достатньо|досить| висока точність отримання|здобуття| математичного
опису;
• відносно мала тривалість експерименту.
Слід враховувати, що активні методи, в тому або іншому ступені|міра|,
приводять|призводити,наводити| до порушення нормального ходу
технологічного процесу. Тому проведення експерименту повинне ретельно
спланерувати.
У пасивних методах на вхід об’єкту | не подаються ніякі|жоден| пробні
сигнали, а лише фіксується природний рух об’єкту | в процесі його
нормального функціонування. Отримані|одержані| реалізації масивів даних
вхідних і вихідних сигналів обробляються статичними методами. За
наслідками|за результатами| обробки отримують|одержувати| параметри
передавальної функції об’єкту |. Проте|однак|, такі методи мають
ряд|лава,низка| недоліків|нестача|:
• мала точність отримуваного|одержуваного| математичного опису (т.к.
відхилення від нормального режиму роботи малі);
• необхідність накопичення великих масивів даних з метою підвищення
точності (тисячі крапок|точка|);
• якщо експеримент проводиться на об’єкті |, охопленому системою
регулювання, то спостерігається ефект кореляції (взаємозв’язки) між
вхідним і вихідним сигналами об’єкту | через регулятор|регулювальник|.
Такий взаємозв’язок знижує точність математичного опису.
2.6 Визначення параметрів перехідних характеристик
Для визначення динамічних властивостей об’єкту | на практиці найчастіше
використовують методику зняття перехідної характеристики.
При визначенні динамічних характеристик об’єкту | по його перехідній
характеристиці (кривій розгону) на вхід подається або
ступінчастий|східчастий| пробний сигнал або прямокутний імпульс –
див.розділ 2.3.
У другому випадку перехідна характеристика (крива відгуку) повинна бути
добудована до відповідної кривої розгону.
Процес отримання|здобуття| передавальної функції об’єкту |, виходячи з
даних про перехідний процес, називається ідентифікацією об’єкту |.
2.6.1 При знятті перехідної характеристики необхідно виконати
ряд|лава,низка| умов, представлених|уявлених| в таблиці 2.1:
Таблиця 2.1 – Умови зняття перехідної характеристики
N№ Умови
1 Якщо проектується система стабілізації технологічного параметра, то
перехідна характеристика повинна зніматися в околиці робочої точки
процесу.
2 Перехідні характеристики необхідно знімати як при позитивних, так і
негативних|заперечний| скачках сигналу, що управляє. По вигляду|вид|
кривих можна судити про ступінь|міра| асиметрії об’єкту |. При невеликій
асиметрії розрахунок настройок регулятора|регулювальник| рекомендується
вести по усереднених значеннях параметрів передавальних функцій. Лінійна
асиметрія найчастіше виявляється в теплових об’єктах управління.
3 За наявності зашумленного| виходу бажано знімати декілька перехідних
характеристик (кривих розгону) з|із| їх подальшим|наступний| накладенням
один на одного і отриманням|здобуття| усередненої кривої.
4 При знятті перехідної характеристики необхідно вибирати найбільш
стабільні режими процесу, наприклад, нічні зміни, коли дія зовнішніх
випадкових збуджень|збурення| маловірогідна|малоймовірний|.
5 При знятті перехідної характеристики амплітуда пробного вхідного
сигналу повинна бути, з одного боку, чималою, щоб чітко виділялася
перехідна характеристика на фоні|на фоні| шумів, а, з іншого боку, вона
повинна бути достатньо|досить| малою, щоб не порушувати нормального ходу
технологічного процесу.
Примітка|тлумачення| до таблиці 2.1: Початкові умови зняття перехідної
характеристики:
У початковий момент необхідно, щоб система управління
знаходилася|перебувати| у спокої, тобто регульована величина X
(наприклад, температура в печі) і дія регулятора|регулювальник| Y (вихід
регулятора|регулювальник| на виконавчий механізм), що управляє, не
змінювалися, а зовнішні збуджень |збурення| були відсутні.
Наприклад, температура в печі залишалася постійною і виконавчий механізм
не змінює|зраджувати| свого положення|становище|. Потім на вхід
виконавчого механізму подається ступінчаста|східчастий| дія, наприклад,
включається нагрівач|. В результаті стан об’єкту
починає|розпочинати,зачинати| змінюватися.
2.6.2 Визначення динамічних характеристик об’єкту | управління з|із|
самовирівнюванням по його перехідній характеристиці
Самовирівнюванням процесу регулювання називається властивість
регульованого об’єкту після|потім| порушення рівноваги між
притокою|приплив| і витратою повернутися до цього стану самостійно, без
участі людини або регулятора|регулювальник|. Самовирівнювання сприяє
швидшій стабілізації регульованої величини і, отже, полегшує роботу
регулятора|регулювальник|.
Процес зміни параметра Х(t) і його перехідна характеристика h(t)
зображена|змальована| на мал. 2.5.
Знявши криву розгону, і оцінивши характер|вдача| об’єкту | управління
(з|із| самовирівнюванням або без) можна визначити параметри відповідної
передавальної функції.
Передавальну функцію вигляду|вид| (вираз|вираження| 2.9) рекомендується
застосовувати для об’єктів | управління з|із| явно
вираженою|виказаною,висловленою| переважаючою|пануючий| постійною часу.
Перед початком обробки перехідну характеристику (криву розгону)
рекомендується пронормувати (діапазон зміни нормованій кривій від 0 до
1) і виділити з|із| її початкової ділянки величину чистого тимчасового
запізнювання.
ПРИКЛАД|зразок|. При подачі на вхід деякого об’єкту
ступінчастої|східчастий| дії була отримана|одержана| перехідна
характеристика (див. приклад|зразок| на мал. 2.5). Потрібно визначити
параметри перехідної характеристики.
Визначення динамічних характеристик об’єктів | по кривою розгону
проводиться|виробляється,справляється| методом дотичною до точки
перегину перехідної характеристики (кривій розгону).
В даному випадку точка перегину відповідає переходу кривої від режиму
прискорення до режиму уповільнення темпу наростання вихідного сигналу.
Малюнок 2.5- Перехідна характеристика (крива розгону) об’єкту з|із|
самовирівнюванням
По вигляду|вид| перехідної характеристики можна визначити динамічні
властивості об’єкту:
, T, R
Динамічним коефіцієнтом посилення називається величина, що показує, в
скільки разів дану ланку підсилює|посилювати| вхідний сигнал (у сталому
режимі), і рівна відношенню|ставлення| величини технологічного параметра
Хуст в сталому режимі до вихідної величини У|в,біля|:
(2.12)
Коефіцієнт посилення об’єкту К для об’єктів з|із| самовирівнюванням
є|з’являтися,являтися| величиною, зворотною коефіцієнту самовирівнювання
(К = 1/с).
. Наприклад, максимальне значення температури в печі, яке може бути
досягнуте при встановленій|установлений| потужності нагрівача |.
процесу в об’єкті. Розрізняють запізнювання місткості|ємкість| і
транспортного (передавальне).
Запізнювання місткості|ємкість| залежить від місткості|ємкість| об’єкту
регулювання. Паровий казан – по рівню води в барабані, наприклад,
володіє запізнюванням місткості|ємкість|.
називається проміжок часу від моменту зміни вхідної величини У|в,біля|
до початку зміни вихідної величини Х. Наприклад, це може бути час
після|потім| включення|приєднання| нагревателя|, за яке температура в
печі досягне значення _0,1Хуст.
– тим важче|скрутніше| регулювати такий процес. З|із| найчастіше
регульованих параметрів найбільшим – запізнюванням володіють об’єкти, в
яких регулюється температура, а найменшим – об’єкти, в яких
підтримується витрата рідини.
, т.д.:
(2.13)
5) Максимальна швидкість зміни параметра R – нахил перехідної
характеристики, може бути визначено по формулі:
R = Xуст/Т
(2.14)
2.6.3 Визначення динамічних характеристик об’єкту | управління без
самовирівнювання по його перехідній характеристиці
Малюнок 2.6- Перехідна характеристика (крива розгону) об’єкту | без
самовирівнювання
Для об’єктів | без самовирівнювання стійке функціонування системи
без регулятора|регулювальник| неможливе.
Для об’єкту без самовирівнювання коефіцієнт посилення
визначається як відношення|ставлення| сталої швидкості зміни
вихідної величини Х до величини стрибка вхідного сигналу У|в,біля|:
(2.15)
в об’єкті визначається так, як показано на рис.2.6.
і R.
При цьому швидкість зміни температури досить точно можна визначити
після|потім| досягнення величиною Х значення 80,3Хуст. Тоді швидкість
зміни температури R і постійна часу Т визначаються по формулах:
R = Дh/Дt
(2.16)
Т = Хуст / R (2.17)
2.7 Типові процеси регулювання
При настройці регуляторів|регулювальник| можна отримати|одержати| чимале
число перехідних процесів, що задовольняють заданим вимогам. Таким
чином, з’являється|появлятися| деяка невизначеність у виборі конкретних
значень параметрів настройки регулятора|регулювальник|. З метою
ліквідації цієї невизначеності і полегшення розрахунку настройок
вводиться|запроваджується| поняття оптимальних типових процесів
регулювання.
Виділяють три типові процеси регулювання:
1. Аперіодичний процес з|із| мінімальним часом регулювання.
2. Процес з|із| 20%-ным перерегулюванням.
3. Процес, що забезпечує мінімум інтегрального критерію якості.
2.7.1 Аперіодичний перехідною процес з|із| мінімальним часом регулювання
(див. мал. 2.7).
Цей типовий процес (див. мал. 2.7) припускає|передбачати|, що
відпрацьовується|відробляється| збудження |збурення| Z (система
автоматичної стабілізації).
був мінімальним.
Даний вид типового процесу широко використовується для настройки систем,
що не допускають коливань в замкнутій системі регулювання.
Малюнок 2.7- Графіка аперіодичного перехідного процесу,
де Ер – помилка регулювання, t – час.
2.7.2 Перехідною процес з|із| 20%-ным перерегулюванням і мінімальним
часом першого напівперіоду (див. мал. 2.8).
Такий процес найширше застосовується для настройки більшості промислових
САР|, оскільки він сполучає|з’єднувати| в собі достатньо|досить| високу
швидкодію t1= min при тій, що обмеженій коливає у|в,біля| = 20%.
Малюнок 2.8- Графіка перехідного процесу з|із| 20%-ным перерегулюванням
де Ер – помилка регулювання, t – час.
2.7.3 Перехідною процес, що забезпечує мінімум інтегрального критерію
якості (рис.2.9).
Інтегральний критерій якості виражається|виказується,висловлюється|
формулою:
(2.18)
Рисунок.2.9 – Графік перехідного процесу по мінімуму інтегрального
критерію якості
де Ер – помилка регулювання, t – час.
До достоїнств цього процесу можна віднести високу швидкодію (1-ої
напівхвилі) при тій, що досить значній коливає. Окрім|крім| цього,
оптимізація цього критерію по параметрах настройки
регулятора|регулювальник| може бути виконана аналітично, чисельно (на
ЕОМ) або шляхом моделювання (на АВМ|).
Процес, що забезпечує мінімум інтегрального критерію якості, широко
застосовується при настройці систем регулювання величини pH – що
характеризує кислотність розчину.
Для кожного з трьох видів оптимальних процесів розроблені відповідні
формули і номограми для настроювання регуляторів|регулювальник| на даний
процес.
2.8 Коефіцієнти передачі елементів і блоків САР|
Основними елементами САР| є|з’являтися,являтися|: автоматичний
регулятор|регулювальник| АР, виконавчий механізм ЇМ, об’єкт управління
ОУ|, датчик Д з|із| перетворювачем НП|.
Динаміка такої системи багато в чому визначається твором|добуток|
статичних коефіцієнтів посилення цих елементів:
| (2.19)
При розрахунку динаміки використовуються як розмірні, так і безрозмірні
коефіцієнти передач. Приклад|зразок|, обє’кт| управління – нагрівна|
піч, структурна схема приведена на мал. 2.10:
Малюнок 2.10- Обє’кт управління — нагрівна| піч
2.8.1 Розмірні коефіцієнти передачі
Розмірні коефіцієнти передач в припущенні|гадка| лінійності
статичної характеристики визначаються таким чином:
(2.20)||
де ДХ|, ДУ| – прирости вхідного і вихідного сигналів в околиці точки
його номінального режиму роботи.
Якщо шкала елементу лінійна, то:
(2.21)
де Хmax, Хmin, Уmax, Уmin – максимальні і мінімальні значення вхідного і
вихідного сигналів елементу.
2.8.2 Безрозмірні коефіцієнти передачі
Зручніші в застосуванні|вживання| безрозмірні коефіцієнти передачі
елементів. При їх визначенні беруться відносні величини приростів:
| (2.22)
Наприклад, для нагрівальної печі при ДХ=8%, в номінальній точці
Хном=70%, приріст виходу в номінальній точці ДУ=18°С склав Уном=134°С.
Тоді по формулі (2.22) маємо:
Використання номінальної величини при визначенні коефіцієнта передачі
рекомендується у разі|в разі| нелінійних статичних характеристик систем
(елементів) автоматичної стабілізації технологічних параметрів.
У системах стабілізації витрати вибір потрібної витратної характеристики
клапана здійснюється залежно від виду нелінійності об’єкту управління з
метою лінеаризації його статичної характеристики.
2.9 Стійкість систем управління
Важливим|поважний| показником САР| є|з’являтися,являтися| стійкість.
Основне призначення САР| полягає в підтримці заданого постійного
значення регульованого параметра або зміна його по певному закону.
При відхиленні регульованого параметра від заданої величини (наприклад,
під дією зовнішнього збудження|збурення| або зміни завдання|задавання|)
регулятор|регулювальник| впливає на систему так, щоб|так , щоб,таким
образом | ліквідовувати це відхилення.
Якщо система в результаті|унаслідок,внаслідок| цієї дії повертається в
початковий|вихідний| стан або переходить в інший рівноважний стан, то
така система називається стійкою.
Якщо ж виникають коливання зі|із| все зростаючою амплітудою або
відбувається|походити| монотонне збільшення помилки е, то система
називається нестійкою.
Для того, щоб визначити, стійка система чи ні|або ні|, використовуються
критерії стійкості (у даній методиці не розглядаються|розглядуються|):
1) кореневий критерій
2) критерій Стодола
3) критерій Гурвіца
4) критерій Найквіста
5) критерій Міхайлова і ін.
2.10 Показники якості процесу управління
До систем автоматичного регулювання (САР|) пред’являються вимоги не
тільки|не лише,не те що| стійкості процесів регулювання. Для
працездатності системи не менш необхідний, щоб процес автоматичного
регулювання здійснювався при забезпеченні певних показників якості
процесу управління.
Якщо досліджувана САР| є|з’являтися,являтися| стійкою, виникає питання
про те, наскільки якісно відбувається|походити| регулювання в цій
системі і чи задовольняє воно технологічним вимогам об’єкта| управління.
На практиці якість регулювання визначається візуально по графіку
перехідної характеристики. Проте|однак|, є|наявний| точні але|та|
складніші математичні методи, що дають конкретні числові значення (які
не розглядаються|розглядуються| в даній методиці).
Класифікація показників якості складається з декількох груп:
• прямі – визначувані безпосередньо по перехідній характеристиці
процесу
• кореневі – визначувані по корінню характеристичного полінома
• частотні – по частотних характеристиках
• інтегральні – отримані|одержувані| шляхом інтеграції функцій.
Прямими показниками якості процесу управління, визначувані безпосередньо
по перехідній характеристиці є|з’являтися,являтися|:
1) Стале значення вихідної величини Yуст
2) Ступінь|міра| загасання|затухання| ?
3) Час досягнення першого максимуму tmax
4) Час регулювання tp
5) Помилка регулювання Їсть (статистична або середньоквадратна|
складова)
6) Перерегулювання у|в,біля|
7) Динамічний коефіцієнт регулювання Rd
8) Показник тієї, що коливає М.
Наприклад, перехідна характеристика, знята на об’єкті управління при
відробітку|відробляння| ступінчастої|східчастий| дії, має коливальний
вигляд|вид| і представлена|уявлена| на мал. 2.11.
Малюнок 2.11 – Визначення показників якості по перехідній характеристиці
2.10.1 Стале значення вихідної величини Yуст
Стале значення вихідної величини Yуст визначається по перехідній
характеристиці, представленій|уявленій| на рис.2.11.
2.10.2 Ступінь|міра| загасання|затухання| ?
Ступінь|міра| загасання|затухання| ? визначається по формулі:
(2.23)
де А1 і А3 – відповідно 1-а і 3-а амплітуди перехідної характеристики
рис.2.11.
2.10.3 Час досягнення першого максимуму tmax
Час досягнення першого максимуму tmax визначається по перехідній
характеристиці, представленій|уявленій| на рис.2.11.
2.10.4 Час регулювання tp
Час регулювання tp визначається згідно рис.2.11 таким чином:
Знаходиться|перебувати| допустиме відхилення Д, наприклад, задане Д =
5%Yуст і будується «зона» завтовшки 2 Д (див. рис.2.11). Час tp
відповідає останній точці перетину Y(t) з|із| даною межею|кордон|.
Тобто|цебто| час, коли коливання регульованої величини перестають
перевищувати 5 % від сталого значення.
Настройки регулятора|регулювальник| необхідно вибирати так, щоб
забезпечити мінімальне можливе значення загального|спільний| часу
регулювання, або мінімальне значення першої напівхвилі перехідного
процесу.
У безперервних системах з|із| типовими регуляторами|регулювальник| цей
час буває мінімальним при так званих оптимальних аперіодичних перехідних
процесах. Подальшого|дальший| зменшення часу регулювання до абсолютного
мінімуму можна досягти при використанні спеціальних оптимальних по
швидкодії систем регулювання.
2.10.5 Помилка регулювання Їсть
Статична помилка регулювання Ест = Ув – Ууст, де Ув – вхідна величина
(див. рис.2.11).
У деяких САР| спостерігається помилка, яка не зникає навіть після
закінчення тривалого інтервалу часу, – це статична помилка регулювання
Їсть. Дана помилка не повинна перевищувати деякої наперед заданої
величини.
У|в,біля| регуляторів|регулювальник| з інтегральної помилки, що
становить, в сталому стані теоретично рівні нулю, але|та| практично
незначні помилки можуть існувати із-за наявності зон нечутливості в
елементах системи.
2.10.6 Перерегулювання у|в,біля|
Величина перерегулювання у|в,біля| залежить від виду
відпрацьовуваного|відробляти| сигналу.
При відробітку|відробляння| ступінчастої|східчастий| дії (по
сигналу завдання|задавання|) – див. рис.2.11 величина
перерегулювання у|в,біля| визначається по формулі:
(2.24)|в,бі
де значення величин Ymax і Yуст визначаються згідно рис.2.11.
При відробітку|відробляння| збуджуючої |бентежачої| дії, величина
перерегулювання у|в,біля| визначається із|із| співвідношення:
(2.25)
де значення величин Xm і X1 визначаються згідно мал. 2.12.
Малюнок 2.12- Графіка перехідного процесу при відробітку|відробляння|
збудження |збурення|
2.10.7 Динамічний коефіцієнт регулювання Rd
Динамічний коефіцієнт регулювання Rd визначається з|із| формули:
(2.26)
де значення величин Y1 і Y0 визначаються згідно мал. 2.13.
Малюнок 2.13- До поняття динамічного коефіцієнта регулювання
Величина динамічного коефіцієнта Rd характеризує ступінь|міра| дії
регулятора|регулювальник| на процес, т.е. ступінь|міра| пониження
динамічного відхилення в системі з|із| регулятором|регулювальник| і без
нього.
2.10.8 Показник тієї, що коливає М
Показник тієї, що коливає M характеризує величину максимуму модуля
частотної передавальної функції замкнутої системи (на частоті резонансу)
і, тим самим, характеризує коливальні властивості системи. Показник
тієї, що коливає наочно|наглядно| ілюструється на малюнку 2.14.
Малюнок 2.14 – Графік модуля частотної передавальної функції замкнутої
системи
Умовно вважається|лічиться|, що значення М=1,5-1,6
є|з’являтися,являтися| оптимальним для промислових САР|, оскільки в
цьому випадку у|в,біля| забезпечується в районі від 20% до 40%. При
збільшенні значення M та, що коливає в системі зростає.
В деяких випадках нормується смуга пропускання системи щп|, яка
відповідає рівню посилення в замкнутій системі 0,05. Чим більше смуга
пропускання, тим більше швидкодія замкнутої системи. Проте|однак| при
цьому підвищується чутливість системи до шумів в каналі
вимірювання|вимір| і зростає дисперсія помилки регулювання.
3 ТИПИ РЕГУЛЯТОРІВ|регулювальник|. ЗАКОНИ РЕГУЛЮВАННЯ
У даному розділі приводиться|призводиться,наводиться| опис основних
типів регуляторів|регулювальник| і законів регулювання.
Класифікація систем автоматичного регулювання (САР|) приведена в таблиці
1.3 разд.1.3.
У розділах 3.1-3.3 приведені описи алгоритмів роботи і закони
регулювання релейних (позиційних) регуляторів|регулювальник|. Релейні
(позиційні) регулятори|регулювальник| видають сигнал, який забезпечує
переміщення регулюючого органу в одне з фіксованих положень|становище|
(позицій). Їх може бути два, три і більш. По кількості позицій
розрізняють двох-|, трьох- і багатопозиційні регулятори|регулювальник|.
У розділах 3.4-3.5 приведені описи алгоритмів роботи і закони
регулювання безперервних П-, ПІ-|, ПІД-регуляторів|регулювальник|.
3.1 Двохпозиційні регулятори|регулювальник|
3.1.1 Призначення. Принцип роботи
Двохпозиційні регулятори|регулювальник| забезпечують хорошу|добрий|
якість регулювання для інерційних об’єктів з|із| малим запізнюванням, не
вимагають настройки і прості в експлуатації. Ці
регулятори|регулювальник| представляють|уявляти| звичайний|звичний| і
найбільш широко поширений метод регулювання.
Двохпозиційні регулятори|регулювальник| використовуються для управління
елементами перемикачів -дискретними виконавчими пристроями|устрій|:
• електромеханічними реле
• контакторами
• транзисторними ключами|джерело|
• симісторними| або тиристорними| пристроями|устрій|
• твердотільними|твердотілий| реле і ін.
У простому випадку (без зворотного зв’язку) двохпозиційний
регулятор|регулювальник| працює як двохпозиційний перемикач.
Наприклад, потужність, що подається на нагрівач|, має тільки|лише| два
значення – максимальне і мінімальне (нульове), дві позиції (звідси і
назва регулятора|регулювальник| – двохпозиційний) – нагрівач| повністю
включений або повністю вимкнений.
Структурна схема двохпозиційної системи регулювання приведена на мал.
3.1.
Малюнок 3.1 – Структурна схема двохпозиційної системи регулювання
де: АР – двохпозиційний регулятор|регулювальник|, ОУ-| об’єкт|
управління, SP – вузол формування заданої точки (завдання|задавання|), Е
– розузгодження регулятора|регулювальник|, PV=X- регульована величина,
У|в,біля| – що управляє
дія, Z – збуджуюча|бентежача| дія.
Для запобігання «коливання» вихідного пристрою|устрій| (наприклад,
реле), що управляє, і виконавчого механізму (наприклад, нагрівального
елементу) поблизу завдання|задавання| SP (дуже|занадто| частого
включення|приєднання| нагрівача|), передбачається гістерезис Н – див.
розділ 3.1.3.
Наприклад, опис роботи двохпозиційної системи регулювання температури в
печі за допомогою нагрівача|, може бути представлено|уявлено| таким
чином:
• Нагрівач| включений, поки|доки| температура в печі (X=PV) не досягне
значення заданої точки SP.
• Вихід регулятора|регулювальник| Y (нагрівач|) відключається, якщо
регульована величина (температура) вище заданої точки SP.
• Повторне включення|приєднання| нагрівача| відбувається|походити|
після|потім| зменшення температури до значення SP-H, тобто з
урахуванням|з врахуванням| гістерезису H елементу перемикача.
3.1.2 Алгоритми двохпозиційного регулювання
Алгоритм двохпозиційних регуляторів|регулювальник| визначається
статичною характеристикою: залежністю вихідного сигналу Y від вхідного Х
(див. мал. 3.2).
Малюнок 3.2- Статична характеристика двохпозиційної системи регулювання
Вихідна величина Y рівна максимальній дії – нагрівач | включений:
• Y = max при X
3.1.3 Зона гістерезису
Ширина зони гістерезису в сучасних двохпозиційних
регуляторах|регулювальник| є|з’являтися,являтися| єдиним програмованим
параметром настройки. Представлення зони гістерезису описується в
керівництві по експлуатації на відповідний тип регулятора|регулювальник|
або систему регулювання.
Основні варіанти представлення зони гістерезису показані на рис.3.3.
Малюнок 3.3 – Основні варіанти представлення зони гістерезисну
Сенс|зміст,рація| варіантів представлення зони гістерезису зрозумілий
з|із| малюнка 3.3.
Призначення гістерезису Н – запобігання «коливання» вихідного
пристрою|устрій| (наприклад, реле), що управляє, поблизу
завдання|задавання| SP від дуже|занадто| частого включення|приєднання|
нагрівач |а|. У літературі по автоматизації також зустрічаються інші
найменування параметра зони гістерезису – зона нечутливості, зона
повернення, зона нерівномірності, диференціал.
Гістерезис (у деяких типах регуляторів|регулювальник|) може приймати як
позитивні, так і негативні|заперечний| значення. Негативні|заперечний|
значення гістерезису використовуються в основному для попередження або
затримки включення|приєднання| (виключення) вихідних пристроїв|устрій|.
Наприклад, включення|приєднання| вихідного пристрою|устрій| по значенню
завдання|задавання| SP меншому на величину гістерезису Н –
включення|приєднання| з|із| попередженням, або виключення вихідного
пристрою|устрій| по значенню завдання|задавання| SP меншому на величину
гістерезису Н – виключення із затримкою. Ці типи гістерезису
застосовуються для того, щоб врахувати інерційність об’єктів|
регулювання.
3.1.4 Процеси регулювання з|із| двохпозиційним законом
Процес двохпозиційного регулювання є|з’являтися,являтися| таким, що
автоколивань – регульована величина як в перехідному, так і в сталому
режимі періодично змінюється щодо|відносно| заданого значення (див. мал.
3.4), тобто регульована величина PV (X) схильна до незгасаючих коливань.
Показниками автоколивального режиму є|з’являтися,являтися| амплітуда
автоколивань Ак і період автоколивань Тк.
Частота і амплітуда коливань залежать і визначаються
наступними|слідуючий| величинами:
• від постійної часу об’єкта| Т (визначається інерційністю об’єкту)
• від максимальної швидкості R зміни параметра Х (визначається по
перехідній характеристиці)
• від величини гістерезису H елементу перемикача
регулятора|регулювальник|.
Малюнок 3.4 – Процес регулювання з|із| двохпозиційним законом
регулювання відбувається|походити| з|із| постійними коливаннями до
5-15% від завдання|задавання| SP.
/Т, R – тим більше амплітуда коливань Ак.
і постійна часу об’єкта | Т – тим більше період коливань Тк (див.
рис.3.4).
Точність регулювання технологічного параметра, наприклад, температури
залежить від величини гістерезису. Чим менше гістерезис, тим точніше
регулювання, але|та| тим частіше включається нагрівач| і тим самим
більше знос комутаційних елементів (наприклад, реле). Зменшуючи
гістерезис можна підвищити якість регулювання до деякої межі,
визначуваної параметрами об’єкта | регулювання (тепловою інерцією,
потужністю нагрівача,| тепловим зв’язком нагрівача | і об’єкта і ін.).
3.1.5 Види і логіка роботи двохпозиційних регуляторів|регулювальник| і
систем сигналізації
3.1.5.1 Статичні характеристики двохпозиційних
регуляторів|регулювальник|
Двохпозиційні регулятори|регулювальник| по вигляду|вид| статичної
характеристики і логіці роботи пристрою|устрій|, що управляє, можуть
бути представлені|уявлені| в одному з наступних|такий| видів – див. мал.
3.5:
Малюнок 3.5- Видів статичних характеристик двохпозиційних
регуляторів|регулювальник|
• Вид статичної характеристики, представлений|уявлений| на мал. 3.5-а:
зазвичай|звично| застосовується в різних процесах управління нагрівом –
нагрівальних приладах, печах, термошафах|, теплообмінниках і т.п.
Даний тип регулятора|регулювальник| називається зворотним
регулятором|регулювальник|. При використанні в системах сигналізації
дана логіка роботи вихідного пристрою|устрій| носить назву «менше
встановленого|установлений| значення» або – «менше мінімуму».
• Вид статичної характеристики, представлений|уявлений| на мал. 3.5-б:
зазвичай|звично| застосовується в різних процесах управління
охолоджуванням, – в системах вентиляції, в холодильних установках і т.п.
Даний тип регулятора|регулювальник| називається прямим
регулятором|регулювальник|. При використанні в системах сигналізації
дана логіка роботи вихідного пристрою|устрій| носить назву «більше
встановленого|установлений| значення» або – «більше максимуму».
• Види статичних характеристик, представлені|уявлені| на мал. 3.5-в
і 3.5-г: застосовуються для сигналізації виходу системи управління
на робочий режим. Ці регулятори|регулювальник| ще називають
компараторами.
• Вигляд|вид| на рис.3.5-у використовується для сигналізації входження
параметра в норму. Дана логіка роботи вихідних пристроїв|устрій| має
найменування «в зоні встановлених|установлений| значений» або – «в зоні
мінімум-максимум».
• Вигляд|вид| на рис.3.5-г використовується для сигналізації виходу
параметра за певні межі. Дана логіка роботи вихідних пристроїв|устрій|
має найменування «в не зоні встановлених|установлений| значений» або -«в
не зоні мінімум-максимум».
3.1.5.2 Абсолютна (незалежна) сигналізація
Абсолютна сигналізація використовується у випадках, коли необхідно
сигналізувати вихід технологічного параметра за певні уставок|
(наприклад, MIN або MAX), представлені|уявлені| в абсолютних величинах.
Наприклад, в системі управління незалежно функціонують два
пристрої|устрій|: регулятор|регулювальник| і система сигналізації. Якщо
користувач має можливість|спроможність| незалежно встановлювати значення
заданої точки регулятора|регулювальник| і установок сигналізації, то
використовувана система сигналізації називається абсолютною або
незалежною. Іншими словами, якщо оператор провів|виробив,справив| зміну
заданої точки регулятора|регулювальник|, то значення уставок |
сигналізації залишилися тим самим.
Статичні характеристики і логіка роботи вихідного пристрою|устрій|
системи абсолютної (незалежною) сигналізації представлені|уявлені| на
мал. 3.5(а-г|) в розділі 3.1.5.1. У літературі по автоматизації також
зустрічаються інші найменування логіки роботи, представленої|уявленої|
на рис.3.5в і рис.3.5г, – діапазонна сигналізація. Діапазонна
сигналізація також є|з’являтися,являтися| абсолютною (незалежною)
сигналізацією.
3.1.5.3 Девіаційна сигналізація
Девіаційна технологічна сигналізація використовується у випадках, коли
необхідно сигналізувати відхилення технологічного параметра від значення
заданої точки на значення уставок| ALmin і ALmax.
Наприклад, в системі управління функціонують два пристрої|устрій|:
регулятор|регулювальник| і система сигналізації, але|та| логіка їх
роботи має певну залежність. При зміні заданої точки
регулятора|регулювальник| змінюватимуться абсолютні значення точок
спрацьовування сигналізації, а їх відносні значення ALmin і ALmax при
цьому залишатимуться постійними.
Залежність логіки роботи девіаційної сигналізації поза|зовні| зоною
встановлених|установлений| значень ALmin і ALmax представлена|уявлена|
на мал. 3.6 і виражається|виказується,висловлюється| в
наступному|слідуючий|.
Малюнок 3.6- Логіка роботи девіаційної сигналізації
У регуляторі|регулювальник| встановлена|установлений| деяка задана точка
SP1 і значення девіаційної сигналізації ALmin і ALmax. При зміні
технологічного параметра PV нижче за значення заданої точки SP1 на
значення девіаційної сигналізації ALmin включиться сигналізація MIN. При
зміні технологічного параметра PV вище за значення заданої точки SP1 на
значення девіаційної сигналізації ALmax включиться сигналізація MAX,
тобто, для значення SP1:
• Сигналізація MIN включена, якщо: PV SP1 + ALmax.
Відключення сигналізації відбувається|походити| з урахуванням|з
врахуванням| гістерезису (на рис.3.6 не показаний).
У довільний момент часу оператор провів|виробив,справив| зміну значення
заданої точки з|із| SP1 на SP2. Тепер, при зміні технологічного
параметра PV нижче за значення заданої точки SP2 на те ж значення
девіаційної сигналізації ALmin включиться сигналізація MIN. При зміні
технологічного параметра PV вище за значення заданої точки SP2 на
теж|також| значення девіаційної сигналізації ALmax включиться
сигналізація MAX, тобто для значення SP2:
• Сигналізація MIN включена, якщо: PV SP2 + ALmax.
Відключення сигналізації відбувається|походити| з урахуванням|з
врахуванням| гістерезису (на рис.3.6 не показаний).
Іншими словами, якщо оператор провів|виробив,справив| зміну заданої
точки регулятора|регулювальник|, то значення запрограмованих відносних
уставок| сигналізації ALmin і ALmax залишилися тим самим, але|та|
реальні абсолютні значення уставок| спрацьовування сигналізації
змінилися – см.рис. 3.6.
Статичні характеристики і логіка роботи вихідного пристрою|устрій|
системи девіаційної сигналізації представлені|уявлені| на мал. 3.5(а-г|)
в розділі 3.1.5.1, але|та| реальні абсолютні значення уставок|
спрацьовування сигналізації залежать від значення
встановленої|установлений| заданої точки регулятора|регулювальник|.
3.1.5.4 Двохпозиційне управління і сигналізація з|із|
очікуванням|чекання| події
Двохпозиційне регулювання і сигналізація з|із| очікуванням|чекання|
події застосовується у випадках, коли необхідно, наприклад, відключити
(включити) включений (вимкнений) вихід, що управляє, для того, щоб
здійснити запуск іншого устаткування|обладнання|. Функція
очікування|чекання| деякої події є|з’являтися,являтися| функцією
безумовного відключення (включення|приєднання|) виходу, що управляє.
Умовою очікування|чекання| події для цього може служити:
• зміна заданої точки регулятора|регулювальник|
• включення|приєднання| дискретного входу регулятора|регулювальник|,
тобто факт події, що відбулася, від іншого контроллера
(регулятора|регулювальник| або іншого устаткування|обладнання|)
формується дискретним сигналом
• із|із| забороною спрацьовування при старті. Наприклад,
встановлена|установлений| логіка роботи вихідного пристрою|устрій| менше
встановленого|установлений| значення із|із| забороною спрацьовування при
старті (включенні|приєднання| живлення|харчування|). Наприклад, при
включенні|приєднання| устаткування|обладнання| вимірювана величина ще не
вийшла на режим і менше встановленого|установлений| значення – це може
спричинити включення|приєднання| вихідного пристрою|устрій|. Але|та| при
даній логіці роботи вихідний пристрій|устрій| не включиться, оскільки
вимірювана величина вперше|уперше| вийшла за встановлені|установлений|
межі. Вихідний пристрій|устрій| включиться тоді, коли вимірювана
величина вийде з цих меж, і потім|і тоді| знову увійде до
встановлених|установлений| меж.
У сучасних мікропроцесорних регуляторах|регулювальник| вибір типу умови
очікування|чекання| події і логіка роботи вихідних пристроїв|устрій|
(представлені|уявлені| на мал. 3.5(а-г|) в розділі 3.1.5.1)
є|з’являтися,являтися| програмованими параметрами.
Як приклад|зразок| на рис.3.7 приведений процес двохпозиційного
управління з|із| очікуванням|чекання| події і з|із| логікою роботи в
зоні встановлених|установлений| значень MIN і MAX.
Малюнок 3.7 – Процес двохпозиційного управління з|із|
очікуванням|чекання| події
Примітка|тлумачення| до малюнка 3.7. «1» – з|із| очікуванням|чекання|
події «2» – без очікування|чекання| події. Логіка роботи вихідного
пристрою|устрій| (DOn) – поза|зовні| зоною уставок| MIN-MAX.
3.1.5.5 Двохпозиційне імпульсне управління
Двохпозиційний імпульсний регулятор|регулювальник| застосовується для
управління електродвигунами, насосами і іншим устаткуванням|обладнання|.
Даний тип управління використовується в схемах, де елементом, що
управляє, є|з’являтися,являтися| реле (контактор, пускач) з|із|
самоблокування|, тобто з|із| установкою на “самопідхоплення” – див. рис
3.8.
Якщо з|із| схеми управління буде дана| команда ПУСК певній тривалості,
замкнуться контакти ПУСК, наприклад на 1-2 секунди, включиться реле К1,
замкнуться контакти К1 і реле К1, що управляє, залишиться включеним.
Якщо з|із| схеми управління буде дана| команда СТОП певній тривалості,
розімкнуться контакти СТОП, наприклад 1-2 секунди,
вимкнеться|виключиться| реле К1, що управляє, розімкнуться контакти К1 і
схема повернеться в колишній стан.
Малюнок 3.8- Схеми управління електродвигуном насоса
Параметрами настройки двохпозиційного імпульсного
регулятора|регулювальник| є|з’являтися,являтися|:
• логіка роботи вихідного пристрою|устрій|, яка представлена|уявлена|
на мал. 3.5(а-г|) в розділі 3.1.5.1, і може бути: менше заданого
значення, більше заданого значення, в зоні встановлених|установлений|
значень, поза|зовні| зоною встановлених|установлений| значень
• тривалість імпульсу, що управляє (наприклад, від 1 до 100 секунд).
Як приклад|зразок| на рис.3.9 приведений процес двохпозиційного
імпульсного регулювання з|із| логікою роботи більше заданого значення
(MAX) і тривалістю імпульсу, що управляє, 2 секунди.
Малюнок 3.9- Процесу двохпозиційного імпульсного регулювання
3.1.5.6 Двохпозиційне ітераційне регулювання з|із| обмеженням швидкості
У деяких моделях сучасних мікропроцесорних
регуляторів|регулювальник| використовується закон двохпозиційного
ітераційного регулювання.
Основні програмовані параметри ітераційного регулятора|регулювальник|
наступні|слідуючий|:
N – ступінь|міра| обмеження швидкості зміни параметра, наприклад N =
0…15, Tpv – період часу між відліками обчислення|підрахунок| ітерацій,
Tpv = 0… 15 сік, Н – ширина зони гістерезису.
Принцип і опис роботи двохпозиційної ітераційної системи регулювання
температури в печі за допомогою нагрівача|, описується таким чином:
Якщо Е ? 0 – вимкнути нагрівача| (використовується зворотний тип
регулювання). Якщо Е 0,2Т) і для об’єктів без самовирівнювання, оскільки|тому що|
регульована величина далеко виходить|виходити| за необхідні межі
регулювання. В цьому випадку застосовують регулятори|регулювальник|
з|із| ПІ або ПІД| законом регулювання.
3.2 Трьохпозиційні регулятори|регулювальник|
3.2.1 Призначення. Принцип роботи
Трьохпозиційні регулятори|регулювальник| забезпечують хорошу|добрий|
якість регулювання для інерційних об’єктів з|із| малим запізнюванням.
Трьохпозиційні регулятори|регулювальник| використовуються для управління
елементами перемикачів -дискретными виконавчими пристроями|устрій|:
• електромеханічними реле
• контакторами
• транзисторними ключами|джерело|
• симисторными| або тиристорными| пристроями|устрій|
• твердотільними|твердотілий| реле і ін.
Трьохпозиційні регулятори|регулювальник| використовуються для систем
управління рівнем різних речовин, для систем управління
нагріванням-охолоджуванням різних теплових процесів, холодильних
установок, регулювання мікроклімату підігрівачем і вентилятором, для
систем розподілу і змішування різних потоків речовин за допомогою
триходових клапанів, кранів, змішувачів, реверсивних електродвигунів,
сервоприводов| і ін.
Трьохпозиційний регулятор|регулювальник| включає за допомогою елементів
перемикачів електродвигун виконавчого механізму на праве обертання
(наприклад, відкриття|відчинення| регулюючого органу), зупинку або ліве
обертання (відповідно – закриття регулюючого органу), три позиції
(звідси і назва регулятора|регулювальник| – трьохпозиційний) –
електродвигун включений на праве обертання, повністю зупинений або
включений на ліве обертання.
Принцип роботи трьохпозиційного регулятора|регулювальник|
розглянемо|розгледимо| на ємності з водою, з|із| постійно працюючим
насосом підкачки – див. рис.3.10.
• Для вимірювання|вимір| рівня в місткості|ємкість|
встановлений|установлений| датчик рівня. На лінії підкачки після|потім|
насоса встановлений|установлений| регулюючий клапан з|із|
електроприводом. При заданому рівні SP – «норма» – клапан
знаходиться|перебувати| в деякому проміжному положенні|становище|.
• При зменшенні рівня нижче за уставки| SPl «нижрій рівень»
включиться електродвигун сигналом Би (більше), відкриваючи|відчиняючи|
клапан.
• При відновленні рівня електродвигун клапана зупиниться|зупинятися|
(зняттям сигналу Б) – рівень знаходитиметься|перебувати| в зоні SP
«норма».
• Якщо рівень підвищиться вище за уставки| SPh «верхній рівень», то
клапан закриється|зачиниться|, відключиться електродвигун сигналом М
(менше).
Малюнок 3.10- Схеми управління регулятором|регулювальник| рівня в
місткості|ємкість|
Регулятор|регулювальник| працює за принципом SPl «нижрій рівень» – SP
«норма» (середній рівень) – SPh «верхній рівень».
Величина ширини зони нечутливості (мертвої зони) DB (зона «норма») –
є|з’являтися,являтися| програмованим параметром настройки
трьохпозиційного регулятора|регулювальник| (див. мал. 3.10).
Збільшення ширини зони нечутливості DB зменшується точність регулювання
і може привести до того, що в процесі роботи САР| регулюючий орган без
зупинки переміщатиметься від одного крайнього положення|становище| до
іншого, тобто, не відрізнятиметься від двохпозиційного
регулятора|регулювальник|. До такого ж результату
приводить|призводити,наводити| значне збільшення швидкості регулюючого
органу.
Діапазон нечутливості (мертва зона) DB встановлюється з|із| центром в
заданій точці.
Варіанти представлення зони нечутливості (DB):
• повне|цілковитий| значення зони нечутливості (див. рис.3.10)
• половинне значення зони нечутливості (див. рис.3.12).
Структурна схема трьохпозиційної системи регулювання приведена на мал.
3.11.
Малюнок 3.11 – Структурна схема трьохпозиційної системи регулювання
де: АР – трьохпозиційний регулятор|регулювальник|, ОУ| – об’єкт|
управління, SP – вузол формування заданої крапки|точка|
(завдання|задавання|), Е – розузгодження регулятора|регулювальник|,
PV=X- регульована величина, сигнали Б (більше) і М (менше) – дії, що
управляють, Z – збуджуюча|бентежача| дія.
Для запобігання «коливання» вихідного пристрою|устрій| (наприклад,
реле), що управляє, і виконавчого механізму поблизу точки його
включення|приєднання| (дуже|занадто| частого включення|приєднання|),
передбачається гістерезис Н (див. розділ 3.2.3).
3.2.2 Алгоритми трьохпозиційного регулювання
Алгоритм трьохпозиційних регуляторів|регулювальник| визначається
статичною характеристикою: залежністю вихідних сигналів YМ (менше) і YБ
(більше) від вхідного Х (див. мал. 3.12).
Малюнок 3.12 – Статичні характеристики трьохпозиційної системи
регулювання
На малюнку 3.12-а представлена|уявлена| статична характеристика
трьохпозиційної системи регулювання при зворотному напрямі|направлення|
регулювання. Зона регулювання без перекриття.
На малюнку 3.12-б представлена|уявлена| статична характеристика
трьохпозиційної системи регулювання при прямому напрямі|направлення|
регулювання. Зона регулювання з|із| перекриттям.
Вибір напряму|направлення| регулювання здійснюється в різних
мікропроцесорних регуляторах|регулювальник| по різному| (див.
керівництво по експлуатації на відповідну модель
регулятора|регулювальник|):
• за допомогою параметра «прямо-зворотнє регулювання»
• за допомогою знаку параметра «зона нечутливості регулятора». При
завданні|задавання| позитивного значення параметра забезпечується зона
регулювання без перекриття, при завданні|задавання|
негативного|заперечний| значення – забезпечується зона регулювання з|із|
перекриттям.
Алгоритм трьохпозиційних регуляторів|регулювальник| при зворотному
напрямі|направлення| регулювання (див. рис.3.12-а) виглядає таким чином:
Вихідна величина Yb рівна максимальній дії – нагрівач| включений:
• Ye = max при X
Вихідна величина Ym рівна максимальній дії – охолоджувач|охолодник|
включений:
• Ym = max при X>SP+DB, де DB-значення ширини зони
нечутливості.
Вихідна величина Ym рівна мінімальній дії – охолоджувач|охолодник|
вимкнений:
• Ym = 0 при X
X
X
X
З|із| великим транспортним запізнюванням Дуже важко|скрутно|
регульований Цифровий регулятор|регулювальник| з|із| упреділювачем
tP /?d ? 6,5
Безперервний або цифровий, П-регулятор|регулювальник|
tp/xd>12
Безперервний або цифровий, ПІ-регулятор|регулювальник|
tp/xd>7
Безперервний або цифровий, ПІД-регулятор|регулювальник|
Примітки|тлумачення|. 1. tP – час регулювання, ?d – запізнювання в
об’єкті, Т – постійна часу об’єкту. 2. Релейний регулятор|регулювальник|
– двохпозиційний, трьохпозиційний, багатопозиційний
регулятор|регулювальник|.
На параметри об’єкту значний вплив робить взаємне розташування
виконавських органів (наприклад, ТЕНу) і первинного перетворювача
(датчика).
/Т > 0,5 типові закони управління не можуть забезпечити високу
точність і швидкодію процесу регулювання. Головною причиною тут
є|з’являтися,являтися| різке зниження критичного коефіцієнта посилення
системи при збільшенні запізнювання в об’єкті управління.
У зв’язку з цим підвищити якість управління можна або шляхом зменшення
запізнювання в об’єкті, або за рахунок застосування|вживання|
регулятора|регулювальник| складнішої структури, а саме оптимального
регулятора|регулювальник|.
З|із| теорії оптимального управління виходить, що такий
регулятор|регулювальник| в своїй структурі повинен містити|утримувати|
модель об’єкту управління.
/Т > 0,2.
/Т 0,2T ПІД| регулятор|регулювальник| володіє поганою якістю регулювання.
В цьому випадку хороші|добрий| якісні показники забезпечують системи
управління з|із| моделлю об’єкту.
Слід мати на увазі, що при неточному завданні|задавання| коефіцієнтів
настройки ПІД| регулятор|регулювальник| може мати гірші показники, чим
двохпозиційний регулятор|регулювальник| і навіть перейти в режим
автоколивань. Для типових П-, ПІ-|, ПІД| регуляторів|регулювальник|
відомі прості аналітичні і табличні методи настройки (наприклад методики
Циглера-Нікольса).
Питання настройки П-, ПІ-|, ПД-|, ПІД-регуляторів|регулювальник|
переглянуті| в розділі 6.
5 НАПРЯМ|направлення| ДІЇ РЕГУЛЯТОРА|регулювальник|, ОБ’ЄКТА|
РЕГУЛЮВАННЯ І ВИКОНАВЧОГО МЕХАНІЗМУ
5.1 Основні положення|становище| і визначення
5.1.1 Напрям|направлення| дії об’єкта| регулювання:
Об’єкт регулювання може мати пряму або зворотну характеристику. Іншими
словами – об’єкт| регулювання може бути прямої (нормального) або
зворотної (реверсивного) дії.
Об’єкт управління прямої (нормального) дії:
Збільшення значення вихідного сигналу регулятора|регулювальник|
(наприклад, аналоговий вихід AO або спрацьовування ключа|джерело|
БІЛЬШИЙ) викликає|спричиняти| збільшення (зростання|зріст|)
технологічного параметра. Наприклад, збільшення подачі газу в пекти або
потік пари, що росте|зростати|, в теплообмінник викликають|спричиняти|
зростання|зріст| температури.
Об’єкт управління зворотної (реверсивного) дії:
Збільшення значення вихідного сигналу регулятора|регулювальник|
(наприклад, аналоговий вихід AO або спрацьовування ключа|джерело|
БІЛЬШИЙ) викликає|спричиняти| зменшення технологічного параметра.
Наприклад, збільшення подачі охолоджуючої рідини в холодильник
викликають|спричиняти| зменшення температури.
5.1.2 Вимірювальні перетворювачі прямої дії:
Збільшення технологічної величини викликає|спричиняти| збільшення
(зростання|зріст|) вихідного аналогового сигналу (струму|тік| або
напруги|напруження|) вимірювального перетворювача і індикацію
технологічного параметра, що згодом збільшується (що росте|зростати|).
5.1.3 Виконавчий механізм (клапан) прямої дії:
Збільшення вихідного аналогового сигналу регулятора|регулювальник| або
включення|приєднання| виконавчого імпульсу БІЛЬШЕ викликають|спричиняти|
відкриття|відчинення| регулюючого органу виконавчого механізму.
Наприклад, велику подачу газу або більший потік пари. Значення
аналогового вихідного сигналу (AO), що управляє, або значення вихідного
аналогового елементу пам’яті імпульсного регулятора|регулювальник| в
багатьох приладах є|з’являтися,являтися| параметром, що відображається.
5.1.4 Напрям|направлення| дії регулятора|регулювальник|:
Напрям|направлення| дії регулятора|регулювальник| завжди повинен мати
стрічну характеристику (негативний|заперечний| зворотний зв’язок)
об’єкту| регулювання (включаючи виконавчий механізм і вимірювальний
перетворювач).
Регулятор|регулювальник| зворотної дії у поєднанні з об’єктом|, що має
зворотну характеристику, по своїх властивостях аналогічний
регулятору|регулювальник| прямої дії, який управляє об’єктом| з|із|
прямою характеристикою.
Малюнок 5.1 – Напрям|направлення| характеристики
регуляторів|регулювальник|
а) характеристика регулятора|регулювальник| прямої дії
б) характеристика регулятора|регулювальник| зворотної дії.
5.2 Узгодження напряму|направлення| дії регулятора|регулювальник| з
об’єктом| регулювання
5.2.1 Напрям|направлення| дії об’єкту| і виконавчого механізму відомий
У даному розділі представлена|уявлена| методика вибору
напряму|направлення| дії аналогового (5.2.1.1 – з|із| аналоговим
виходом) або імпульсного (5.2.1.2 – з|із| імпульсним виходом)
регулятора|регулювальник| при відомому напрямі|направлення| дії об’єкту|
регулювання і виконавчого механізму.
5.2.1.1 Вибір напряму|направлення| дії аналогового
регулятора|регулювальник| залежно від напряму|направлення| дії об’єкту|
і виконавчого механізму:
Таблиця 5.1 – Вибір напряму|направлення| дії аналогового регулятора
|регулювальник|
Задані наступні|слідуючий| напрями|направлення| дії об’єкту| і
виконавчого механізму: При натисненні клавіші ? (більше), при управління
вихідним сигналом, в ручному режимі: Регулятор|регулювальник|:
Напрям|направлення| дії об’єкту | регулювання Напрям|направлення| дії
виконавчого механізму Напрям|направлення| дії об’єкту | і виконавчого
механізму Вихідний аналоговий сигнал (AO) Виконавчий механізм (клапан)
Параметр, що відображається і регульований Вибрати необхідний
напрям|направлення| дії (тип) регулятора|регулювальник|
Пряме Пряме (НЗ|) Пряме Росте|зростати| Відкривається|відчиняється|
Росте|зростати| Зворотний
Пряме Зворотне (АЛЕ|та|) Зворотне Росте|зростати|
Закривається|зачиняється| Падає Прямій
Зворотне Пряме (НЗ|) Зворотне Росте|зростати|
Відкривається|відчиняється| Падає Прямій
Зворотне Зворотне (АЛЕ|та|) Пряме Росте|зростати|
Закривається|зачиняється| Росте|зростати| Зворотний
Примітки|тлумачення|.
1. Умовні позначення виконавчого механізму: АЛЕ|та| – нормально
відкритий|відчинений| виконавчий механізм, НЗ| – нормально
закритий|зачинений| виконавчий механізм.
2. У таблиці відсутні режими, які не мають практичного сенсу:
наприклад, об’єкт| прямої дії, виконавчий механізм прямої дії і
регулятор|регулювальник| прямої дії у|в,біля| якого при збільшенні
вихідного сигналу регульований параметр збільшується.
5.2.1.2 Вибір напряму|направлення| дії імпульсного
(трьохпозиційного, ПІД-імпульсного) регулятора|регулювальник| залежно
від напряму|направлення| дії об’єкта| і виконавчого механізму:
Таблиця 5.2 – Вибір напряму|направлення| дії імпульсного регулятора
|регулювальник|
Задані наступні|слідуючий| напрями|направлення| дії об’єкту і
виконавчого механізму: При натисненні клавіші ^ (більше), при управління
вихідним сигналом, в ручному режимі: Регулятор|регулювальник|:
Напрям|направлення| дії об’єкту регулювання Напрям|направлення| дії
виконавчого механізму Напрям|направлення| дії об’єкту і виконавчого
механізму Спрацьовує (активний) комутаційний сигнал або ключ|джерело|
Виконавчий механізм (клапан) Параметр, що відображається і регульований
Вибрати необхідний напрям|направлення| дії (тип)
регулятора|регулювальник|
Пряме Пряме 1) Пряме Більше Відкривається|відчиняється| Росте|зростати|
Зворотний
Зворотне Пряме 1) Зворотне Менше Закривається|зачиняється| Падає Прямій
Зворотне Пряме 1) Зворотне Більше Відкривається|відчиняється| Падає
Прямій
Примітки|тлумачення|.
1. Спрацьовування ключа|джерело| Більше відкриває|відчиняти| виконавчий
механізм.
2. Якщо виконавчий механізм підключається в вибраному| режимі
(реверсивно), тобто ключ|джерело| Більше закриває|зачиняти| виконавчий
механізм, тоді необхідно реверсувати зворотний зв’язок по
положенню|становище| або змінити|зрадити| напрям|направлення| дії
регулятора|регулювальник|.
3. У таблиці відсутні режими, які не мають практичного сенсу:
наприклад, об’єкт| прямої дії, виконавчий механізм прямої дії і
регулятор|регулювальник| прямої дії у|в,біля| якого при збільшенні
вихідного сигналу регульований параметр збільшується.
5.2.2 Напрям|направлення| дії об’єкту| і виконавчого механізму невідомі
У даному розділі представлена|уявлена| методика визначення
напряму|направлення| дії виконавчого механізму (5.2.2.1) і об’єкту|
управління (5.2.2.2).
5.2.2.1 Визначення напряму|направлення| дії виконавчого механізму
1. Перевести|перекласти,переказати| регулятор|регулювальник| (систему
регулювання) в ручний режим.
2. При відключеному технологічному процесі (по можливості) або поблизу
його безпечного положення|становище| нажинати клавішу ? (більше)
збільшення дії, що управляє, і спостерігати, відкриється|відчиниться|
або закриється|зачиниться| виконавчий механізм. Відкриття|відчинення|
виконавчого механізму означає нормальна дія.
3. Якщо у|в,біля| імпульсних регуляторів|регулювальник|
спостерігається закриття, необхідно поміняти місцями
з’єднання|сполучення,сполука| ключів|джерело|, що управляють, Більше і
Менше.
4. Спостереження за виконавчим механізмом здійснюється відповідно до
таблиці 5.3:
5. Спостереження за виконавчим механізмом може
проводитися|вироблятися,справлятися|:
• перед установкою на технологічний об’єкт
• на місці його установки на технологічному устаткуванні|обладнання| під
час пусконалагоджувальних робіт.
5.2.2.2 Визначення напряму|направлення| дії об’єкту управління
1. Перевести|перекласти,переказати| регулятор|регулювальник| (систему
регулювання) в ручний режим.
2. При відключеному технологічному процесі (по можливості) або поблизу
його безпечного положення|становище| нажинати клавішу ^ (більше)
збільшення дії, що управляє, і спостерігати на індикації
зміряної|виміряної| величини – збільшується або зменшується регульований
технологічний параметр.
3. Визначення напряму|направлення| дії об’єкту управління за
наслідками|за результатами| спостереження за технологічним параметром
(при наявному виконавчому механізмі) представлене|уявлене| в таблиці
5.4:
Таблиця 5.4 – Визначення напряму|направлення| дії об’єкту управління
Результат спостереження за технологічним параметром Є|наявний| в
наявності виконавчий механізм: Визначуваний напрям|направлення| дії
об’єкту управління
Відбувається|походити| збільшення технологічного параметра Прямої дії
(НЗ|) Об’єкт прямої дії
Зворотної дії (АЛЕ|та|) Об’єкт зворотної дії
Відбувається|походити| зменшення технологічного параметра Прямої дії
(НЗ|) Об’єкт зворотної дії
Зворотної дії (АЛЕ|та|) Об’єкт прямої дії
5.3 Вибір напряму|направлення| дії регулятора|регулювальник|
5.3.1 Визначити напрям|направлення| дії виконавчого механізму згідно
методики 5.2.2.1 і напрями|направлення| дії об’єкту| регулювання згідно
методики 5.2.2.2.
5.3.2 Використовуючи дані, отримані|одержані| в 5.3.1 визначити
напрям|направлення| дії регулятора|регулювальник| відповідно до таблиць
5.1 або 5.2, залежно від вихідної структури (аналоговий або імпульсний)
існуючого типу регулятора|регулювальник|.
5.3.3 У сучасних промислових регуляторах|регулювальник| є|наявний|
параметр конфігурації званий “Напрям|направлення| дії
регулятора|регулювальник|”, який може приймати значення: “Прямий” або
“Зворотний”.
За допомогою даного параметра може інвертуватися величина приросту
сигналу управління. Вибір значення цього параметра здійснюється так,
щоб|так , щоб,таким образом | забезпечити негативний|заперечний|
зворотний зв’язок в системі управління.
6 МЕТОДИ НАСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРІВ|регулювальник|
6.1 Визначення оптимальних настройок регуляторів|регулювальник|
Регулятор|регулювальник|, включений в САР|, може мати декілька
настройок, кожна з яких може змінюватися в достатньо|досить| широких
межах. При цьому при певних значеннях настройок система управлятиме
об’єктом відповідно до технологічних вимог, при інших може привести до
нестійкого стану.
Тому коштує завдання|задача| визначити настройки, відповідні стійкій
системі, але і вибрати з|із| них оптимальні.
).
.
в загальному|спільний| випадку має вигляд|вид|,
зображений|змальований| на малюнку 6.1.
.
Для визначення оптимальних настройок розроблений ряд|лава,низка|
математичних методів, серед яких метод D-розбиття.
Кривою D-розбиття називається крива в площині|плоскість| настройок
регулятора|регулювальник|, яка відповідає певному значенню якого-небудь
показника якості.
6.2 Установка параметрів регулювання без знання характеристик об’єкту|
Параметри регулювання для оптимального регулювання
устаткування|обладнання| в цьому випадку ще невідомі. Для утримання
регулюючого контура в стабільному стані є|наявний| наступні|слідуючий|
установки:
– П – регулятор|регулювальник| (сигнал управління Р = high)
– Встановити бажану задану величину і в ручному режимі встановити
розузгодження регулювання на нуль.
– Необхідна для розузгодження регулювання нуль робоча точка|точка| в
ручному режимі при Yo = AUto
встановлюється автоматично (……установка ). Робоча точка|точка| може
бути також задана уручну|вручну|, для чого
необхідно встановити параметр «-» Yo на бажану робочу точку|точка|.
– Перемкнутися на автоматичний режим.
– Поволі|повільно| збільшувати Кр поки регулюючий контур через малі
зміни заданої величини не почне|розпочне,зачне| хилитися до коливань.
– Трохи зменшувати Кр поки коливання не будуть усунені.
– ПД| – регулятор|регулювальник| (сигнал управління Р = high)
– Встановити бажану задану величину і в ручному режимі встановити
розузгодження регулювання на нуль.
– Необхідна для розузгодження регулювання нуль робоча точка|точка| в
ручному режимі при Yo = AUto
встановлюється автоматично (……установка ). Робоча точка|точка| може
бути також задана уручну|вручну|, для чого
необхідно встановити параметр «-» Yo на бажану робочу точку|точка|.
– Перемкнутися на автоматичний режим.
– Поволі|повільно| збільшувати Кр поки регулюючий контур через малі
зміни заданої величини не почне|розпочне,зачне| хилитися до коливань.
– Перемкнути|переключити| Tv з|із| oFF на 1 сек.
– Збільшувати Tv до тих пір, поки коливання не будуть усунені.
– Поволі|повільно| збільшувати Кр до тих пір, поки знову не
з’являться|появляться| коливання.
– Повторювати установки відповідно до двох попередніх кроків до тих пір,
поки коливання вже не можуть бути усунені.
– Трохи зменшувати Tv і Кр поки коливання не будуть усунені.
– ПІ – регулятор|регулювальник| (сигнал управління Р = Low)
– Встановити бажану задану величину і в ручному режимі встановити
розузгодження регулювання на нуль.
– Перемкнутися на автоматичний режим.
– Поволі|повільно| збільшувати Кр поки регулюючий контур через малі
зміни заданої величини не почне|розпочне,зачне| хилитися до коливань.
– Трохи зменшувати Кр поки коливання не будуть усунені.
– Зменшувати Tn до тих пір, поки регулюючий контур знову не
почне|розпочне,зачне| хилитися до коливань
– Поволі|повільно| збільшувати Tn до тих поки ухил|уклон,схил| до
коливань не буде усунений
– ПІД| – регулятор|регулювальник| (сигнал управління Р = Low)
– Встановити бажану задану величину і в ручному режимі встановити
розузгодження регулювання на нуль.
– Перемкнутися на автоматичний режим.
– Поволі|повільно| збільшувати Кр поки регулюючий контур через малі
зміни заданої величини не почне|розпочне,зачне| хилитися до коливань.
– Перемкнути|переключити| Tv з|із| oFF на 1 сек.
– Збільшувати Tv до тих пір, поки коливання не будуть усунені.
– Поволі|повільно| збільшувати Кр до тих пір, поки знову не
з’являться|появляться| коливання.
– Повторювати установки відповідно до двох попередніх кроків до тих пір,
поки коливання вже не можуть бути усунені.
– Трохи зменшувати Tv і Кр поки коливання не припиняться.
– Зменшувати Tn до тих пір, поки регулюючий контур знову не
почне|розпочне,зачне| хилитися до коливань
– Поволі|повільно| збільшувати Tn до тих поки ухил|уклон,схил| до
коливань не буде усунений
6.3 Ручна установка параметрів регулювання по перехідній функції
Якщо дана перехідна функція об’єкта| регулювання або вона може бути
визначена, то параметри регулювання можуть бути
встановлені|установлений| згідно настановним директивам, вказаним в
довідниках. Перехідна функція в положенні|становище|
регулятора|регулювальник| «режим» може бути записана через
стрибкоподібну зміну дії, що управляє, і характер|вдача| регульованої
величини може реєструватися самописцем. При цьому виходить перехідна
функція, приблизно відповідна вказаною на мал. 2.5. Хороші|добрий|
середні величини з|із| настановних параметрів багатьох
укладачів|складач| дають наступні|слідуючий| емпіричні формули:
П – регулятор|регулювальник|:
Пропорційний|пропорціональний| коефіцієнт Kp
= T / [?d * K]
ПІ – регулятор|регулювальник|:
Пропорційний|пропорціональний| коефіцієнт Kp
= 0,8 * (Tg / [Tu * K])
Час ізодрома| Tn
= 3 * Tu
ПІД-|:
Пропорційний|пропорціональний| коефіцієнт Kp
= 1,2 * (Tg / [Tu * K])
Час ізодрома| Tn
= Tu
Час передування Tv =
0,4 * Tu
Де:
Tu – час затримки
Tg – час вирівнювання
Ks – передавальний коефіцієнт об’єкту| регулювання
Найпростіший спосіб настройки ПІД-регуляторів|регулювальник|:
1. I=D=0, збільшуємо P до Pкр, поки|доки| в системі не
почнуться|розпочнуться,зачнуться| автоколивання.
2. P=Pкр/2, D=0, збільшуємо I до Iкр, поки|доки| в системі не
почнуться|розпочнуться,зачнуться| автоколивання.
3. P=Pкр/2, I=Iкр/2, збільшуємо D до Dкр, поки|доки| в системі не
почнуться|розпочнуться,зачнуться| автоколивання.
4. P=Pкр/2, I=Iкр/2, D = Dкр/2. Готово.
7 РЕКОМЕНДАЦІЇ ПО ПРОЕКТУВАННЮ І НАСТРОЙЦІ СИСТЕМ РЕГУЛЮВАННЯ
1 Визначити статичні і дин х-ки|
2 Визначити парам перех| х-ки|
3 Вибрати значення| рег-ра| 2-3-П-ПИ-ПИД
4 Випробувати метод| настройки| визначення| параметра ПІД| рег-ра|
7.1 Вибір параметра і каналу регулювання
Одним і тим же вихідним параметром об’єкту можна управляти по різних
вхідних каналах. Наприклад, температуру в печі можна регулювати двома
шляхами – зміною витрати повітря або газу в пекти.
Завдання|задача| полягає в тому, яким з|із| вхідних параметрів (каналів)
слід вибирати. При виборі потрібного каналу управління виходять з
наступних|слідуючий| міркувань:
1). Зі|із| всіх можливих регулюючих дій вибирають такий потік речовини
або енергії, що подається в об’єкт або відводиться з|із| нього,
мінімальну зміну якого викликає|спричиняти| максимальна зміна
регульованої величини, тобто коефіцієнт посилення по вибраному каналу
повинен бути по можливості максимальним. Тоді, по даному каналу, можна
забезпечити точніше регулювання.
2). Діапазон допустимої зміни сигналу, що управляє, повинен бути
достатній для повної|цілковитий| компенсації максимально можливих
обурень|збурення|, що виникають в даному технологічному процесі, тобто
повинен бути запас по потужності управління в даному каналі.
/Т, де Т – постійна часу об’єкту, повинні бути можливо меншими. Крім
того, зміна статичних і динамічних параметрів об’єкту по вибраному
каналу при зміні навантаження або в часі повинні бути незначними.
4). Вибраний канал регулювання повинен бути узгоджений|погоджений| з|із|
технологічним регламентом ведення процесу.
7.2 Вибір періоду квантування
Для того, щоб ефект квантування за часом мало позначався на динаміку
системи цифрового регулювання, рекомендується вибирати період
квантування із|із| співвідношення:
де: – це час досягнення вихідним сигналом рівня 95% від сталого значення
при подачі на вхід об’єкту ступінчастого|східчастий| сигналу. Якщо
об’єкт першого порядку|лад|, то .
Інший підхід до вибору величини періоду квантування заснований на
рекомендаціях американських учених Зіглера і Нікольса, згідно яким ,
де – період критичних коливань об’єкту управління.
У реальних умовах при управлінні інерційними процесами значення береться
від 1 секунди до декількох хвилин (у газоаналізаторах, наприклад, 1 раз
на годину). При регулюванні малоінерційних процесів (наприклад, витрати
рідини) величина може складати десяті долі секунди. Не можна вибирати
великі періоди перевірки|опитування|, особливо для відповідальних
процесів, оскільки в цьому випадку аварійні ситуації ліквідовуватимуться
дуже|занадто| поволі|повільно|. У теж|також| час, при дуже|занадто|
малому періоді перевірки|опитування| підвищуються вимоги до швидкодії
ЕОМ і збільшується вплив шумів.
7.3 Регулювання за наявності шумів
Наявність високочастотних шумових складових у вимірювальному сигналі
приводить|призводити,наводити| до випадкових коливань виконавчого
механізму системи, що, у свою чергу|своєю чергою|, збільшує дисперсію
помилки регулювання, знижує точність регулювання. В деяких випадках
сильні шумові складові можуть привести систему до нестійкого режиму
роботи (стохастична|самодифузія| нестійкість).
У промислових системах у вимірювальних ланцюгах|цеп| часто присутні
шуми, пов’язані з частотою живлячої|почуваючої| мережі|сіть|
(мережеві|мережний| наведення). У зв’язку з цим важливим|поважний|
завданням|задача| є|з’являтися,являтися| правильна фільтрація
вимірювального сигналу, а також вибір потрібного алгоритму і параметрів
роботи регулятора|регулювальник|.
Для фільтрації сигналів використовуються фільтри низької частоти
високого порядку|лад| (5 – 7-ою порядки|лад|), що мають велику
крутизну|крутість| спаду. Такі ФНЧ| іноді|інколи| вбудовуються в
нормуючі перетворювачі. Окрім|крім| цього, для придушення
мережевих|мережний| наведень (50 Гц в Росії, 60 Гц в США) використовують
т.з. фільтр-пробку| або загороджуючий фільтр. Слід враховувати, що
загороджуючий фільтр рекомендується застосовують тільки|лише| для
швидкодіючих систем, тобто систем, смуга пропускання яких більше 50 Гц.
Таким чином, головним завданням|задача| регулятора|регулювальник|
є|з’являтися,являтися| компенсація низькочастотних збуджень|збурення|.
При цьому, з метою отримання|здобуття| мінімальної дисперсії помилки
регулювання, високочастотні перешкоди повинні бути відфільтровані.
Проте|однак|, в загальному|спільний| випадку, це завдання|задача|
суперечливе|суперечний|, оскільки спектри збудження|збурення| і шуму
можуть накладатися один на одного. Це протиріччя вирішується за
допомогою теорії оптимального стохастичного|самодифузія| управління, яка
дозволяє добитися доброї|добрий| швидкодії в системі при мінімально
можливій дисперсії помилки регулювання.
Для зменшення впливу перешкод в практичних ситуаціях застосовуються два
способи, заснованих на:
1) зменшенні коефіцієнта посилення регулятора|регулювальник| , тобто,
фактично, перехід на інтегральний закон регулювання, який
малочутливий|нечутливий| до шумів;
2) фільтрації вимірюваного сигналу.
Так, наприклад, в пневматичній системі “СТАРТ” існує спеціальний прилад
ПФ| 3.1 (прилад функціональний), званий блоком зворотного передування,
який, фактично є|з’являтися,являтися| фільтром низької частоти, що
настроюється|набудовується,налаштовується|. Постійна часу приладу ПФ|
3.1 змінюється в діапазоні від 3 секунд до 10 хвилин. Передавальна
функція такого фільтру має вигляд|вид|:
Постійна часу настроюється|набудовується,налаштовується| залежно від
спектру перешкод. За даними однієї з робіт, застосування|вживання| блоку
зворотного передування дозволило збільшити в 6 разів при
збереженні|зберігання| колишньої
дисперсії помилки регулювання і збереженні|зберігання| стійкій роботі
системи.
У загальному|спільний| випадку, для багатовимірних|багатомірний| систем,
завдання|задача| оптимальної фільтрації вирішується|розв’язуватися| за
допомогою фільтру Калмана. Цей фільтр, разом з|поряд з,поряд із|
отриманням|здобуття| оцінок вектора стану об’єкту, забезпечує мінімальну
дисперсію всіх його компонентів. Проте|однак|, для розрахунку параметрів
фільтру, необхідне знання статистичних характеристик шумів, що в
реальних умовах утруднене. Не дивлячись на|незважаючи на| це, в сучасних
бортових системах управління використовуються спеціальні вимірники
статистичних характеристик перешкод, що дозволяє використовувати і
безперервно уточнювати параметри фільтру Калмана.
У загальному|спільний| випадку, з метою зниження рівня перешкод,
необхідно також правильно вибирати місця установки датчиків і
застосовувати екранування вимірювальних ліній.
7.4 Способи збільшення точності регулювання двохпозиційних
регуляторів|регулювальник|
, максимальній швидкості R зміни параметра, постійною часу об’єкта| Т,
зони нечутливості DB.
і інерційність Т системи регулювання. Це можна зробити,
змінивши|зрадивши| конструкцію об’єкту регулювання або відповідним чином
розмістивши датчик, наприклад, поблизу нагрівача|.
За інших рівних умов, чим більше PVmax – максимально можливе значення
регульованої величини, тим більше коливання в позиційних
регуляторах|регулювальник|. Це значення слід встановити по можливості
рівним верхній межі|кордон| діапазону регулювання.
Ці ж міркування також відносяться і до нижньої межі|кордон| діапазону.
Тобто встановивши постійний нагрівач| і підключивши підігрівач до
регулятора|регулювальник| можна істотно|суттєво| поліпшити
характеристики САР|. Якщо, проте|тим не менше|, потрібний широкий
діапазон регулювання, можна застосувати чотирьохпозиційний
регулятор|регулювальник|, підключивши до нього два елементи, один з яких
в два рази могутніше за інше.
ДОДАТОК|застосування| А
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. ДСТУ| 3626-97. Базові програмно-технічні комплекси|
локального рівня для розосереджених| автоматизованих| систем
керування| технологічними процесами|. Загальні вимоги|.
2. ГОСТ 23222-88. Характеристики точності виконання
наказаної функції засобів|кошт| автоматизації. Вимоги до
нормування. Загальні|спільний| методи контролю.
3. Автоматичні прилади, регулятори|регулювальник| і машини, що
управляють: Довідник /Под ред|. Кошарського Б. Д. -Изд. 3-і. -Л.:
Машинобудування, 1976. -486 з|із|.
4. Аязян Г. К. Розрахунок автоматичних систем з|із| типовими алгоритмами
регулювання: Навчань. посіб|. -Уфа.: Вид-во УНІ|, 1986. -135 з|із|.
5. Бесекерській В. А., Попов Е. П. Теорія систем автоматичного
регулювання. – M.: Наука, 1975.
6. Голубятников В. А., Шувалов В. В. Автоматизація виробничих процесів в
хімічній промисловості: Підручник|посібник|. -М.: Хімія, 1985. -352
з|із|.
7. Дадаян Л. Г. Автоматизація технологічних процесів: Методичні вказівки
до курсового і дипломного проектування. -Уфа.: Вид-во УНІ|, 1985. – 225
з|із|.
8. Кліначев Н. В. Теорія систем автоматичного регулювання і управління:
Навчально-методичний|учбово-методичний| комплекс. – Offline версія. –
http://vissim.nm.ru/tau_lec.html, – Челябінськ, 2003.
9. Мазуров В. М. Курс лекцій. Кафедра АТМ|. Тульський Державний
університет.
10. Полоцкий Л. М., Лапшенков г.І. Автоматизація хімічних виробництв.
Навчань. посіб|. -М.: Хімія, 1982.-296 з|із|.
11. Промислові прилади і засоби|кошт| автоматизації: Довідник /
В.Я.Баранов, Т. Х. Безновськая, В. А. Бек і др.; Під общ|. Ред.
В.В.Черенкова. Л.: Машинобудування. Ленінгр. Отд-ніє.- 847с., мул.
12. Ротач В. Я. Автоматизація настройки систем управління. -М.:
Енергоіздат|, 1984.
13. Ротач В. Я. Розрахунок настройки промислових систем регулювання. -М.:
Енергоіздат|, 1984.
14. Рубашкин А. С. Методика наладки систем автоматичного регулювання
прямоточних| казанів.
15. Збірка|збірник| завдань|задача| по теорії автоматичного
регулювання і управління/ Під редакцією В.А.Бесекерського. – M.:
Наука, 1978.
16. Стефані Е. П. Основи побудови|шикування| АСОВІ ТП|: Навчань. посіб|.
-М.: Енергоіздат|, 1982. -352 з|із|.
17. Стефані Е. П. Основи розрахунку настройки регуляторів|регулювальник|.
-М.: Енергоіздат|, 1982.
18. Теорія автоматичного управління: Підручник|посібник|. У 2-х
частинах|частка| / Під ред|. А.А.Воронова. -М.: Висш.шк., 1986. -Ч. 1. –
367 з|із|. – Ч. 2. -504 з|із|.
19. Шафрановський В. А. Довідник того, що налагоджує автоматики
котельних установок.- Сімферополь: Таврія, 1987.- 176с.
20. Abdul Aziz Ishak, Muhammed Azlan Hussain. “Reformulation of the
Tangent Method for PID Controller Tuning”. Department of Chemical
Engineering Faculty of Engineering, Universiti Malaya. 50603 Kuala
Lumpur, Malaysia. http://aabi.tripod.com
21. “Basics of Proportional-Integral-Derivative Control”, Control
Engineering, March 1998.
22. “Comparison of PID Control Algorithms”, ExperTune, Inc.,
http://www.expertune.com/artCE87.html.
23. John G. Ziegler and Nathaniel B. Nichols, “Optimum Settings for
Automatic Controllers”, Trans. ASME, Nov. 1942, pp. 759-768.
24. John A. Shaw, “PID Algorithms and Tuning Methods. Process Control
Solutions”, Rochester, New York. 585-234-5864,
http://www.jashaw.com/pid/tutorial/index.html, 2001.
25. Thomas B. Kinney, “Tuning Process Controllers”, Process Automation
Series, Foxboro-McGraw-Hill, Inc., 1985, pp. 19-24.
26. Vance VanDoren, “Zieglar-Nichols Methods Facilitate Loop Tuning”,
Control Engineering Online, Sept. 1998 HYPERLINK
“http://www.controleng.com” http://www.controleng.com.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
