Система регулирования температуры нагревательной печи, отапливаемой газом

ПРИМЕР 3. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПО ВОЗМУЩЕНИЮ

Допустим, что основным возмущением является давление газа в газопроводе, которое влияет на расход топлива и, следовательно, температуру в печи. Для компенсации влияния применяют регулятор (компенсатор возмущения), который получает информацию от датчика о значении давления и по заранее установленному закону изменяет положение исполнительного устройства (вентиля). В рассмотренной системе управляемая величина (температура печи) измеряется термопарой и регистрируется, но эта информация не используется системой, т.е. обратная по результатам работы отсутствует.

Сравним эффективность работы САУ температуры нагревательной печи по возмущению и по отклонению. Пусть в момент времени t₁ давление газа в газопроводе скачкообразно возрастает. В системе управления по возмущению изменение давления фиксируется датчиком давления и регулятор изменяет значение управляющего воздействия z(t) в сторону компенсации возмущения. Реализация управления потребует некоторого времени, что связано с инерционностью устройств управления, поэтому изменение давления скажется на температуре печи – она начнет отклоняться от заданной. Однако, поскольку изменение управляющего воздействия начинаются оперативно, по факту возникновения возмущения, отклонение температуры будет незначительным.

САУ по отклонению (система с обратной связью) отрабатывает рассогласование между требуемой температурой в печи, устанавливаемой задатчиком, и реальным значением температуры. С момента изменения давления температура в печи начнет возрастать, и на выходе элемента сравнения возникнет сигнал рассогласования. Однако, поскольку процессы теплопередачи отличаются большой инерционностью, процесс отработки рассогласования займет значительное время.

Таким образом, для данной системы управление по возмущению обеспечивает бόльшую оперативность управления и меньший уровень отклонения температуры печи от заданного значения, чем управление по отклонению. При этом САУ по возмущению допускает влияние возмущения на ОУ только в незначительной мере, а САУ по отклонению обеспечивают возврат ОУ в исходное состояние после его изменения под действием возмущения.

Улучшение качества управления в условиях действия возмущений может быть достигнуто с использованием комбинированного управления. Функциональная схема САУ с комбинированным управлением приведена на рис.5.

Рис.4. Функциональная схема САУ с комбинированным управлением

В системах комбинированного управления на вход управляющих устройств, помимо рассогласования, вычисляемого по задающему воздействию и сигналу обратной связи, поступает сигнал, получаемый путем измерения возмущающих воздействий. Обычно в комбинированных схемах измеряется только основное возмущение, влияние остальных возмущений учитывается по цепи обратной связи.

Класс автоматических систем, построенных на основе принципа замкнутого управления, получил название систем автоматического регулирования (САР).