Расчет одноконтурной АСР расхода топливного газа

Произведем расчет оптимальных настроек регулятора одноконтурной АСР расхода топливного газа в прикладной программе LinRegTV:

Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):

· ;

· .

АЧХ одноконтурной АСР расхода топливного газа представлены ниже (см. также Приложение Д):

Рис. 4.6. АЧХ одноконтурной АСР расхода топливного газа.

Расчет оптимальных настроек регулятора, работающего по ПИ-алгоритму, произведен методом Ротача:

· ;

· .

Поскольку основной целью дипломного проекта является поддержание и стабилизация температуры на выходе печи, то мы рассмотрим только переходные процессы изменения данной температуры в зависимости от величины задания и возмущения.

Ниже на рисунках показано, как смоделированные нами одноконтурные системы регулирования температуры отрабатывают 5% задание и возмущение.

Рис. 4.7. Выход АСР температуры продукта при отработке задания.

Рис. 4.8. Выход АСР температуры продукта при отработке возмущения.

На рисунке 4.9 изображена модель одноконтурной АСР температуры в пакете Simulink программы MATLAB.

Рис. 4.9. Модель одноконтурной АСР температуры продукта на выходе печи.

Для повышения качества регулирования необходим переход от одноконтурной АСР к более сложной системе. Такая система кроме обычного стандартного регулятора содержит вспомогательное устройство – дополнительный регулятор. В качестве более сложной АСР возьмем каскадную систему, так как один из объектов обладает большей инерционностью по каналу регулирования по отношению к другому объекту.

Расчет каскадной АСР

Каскадные системы применяют для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования, если можно выбрать менее инерционную по отношению к наиболее опасным возмущениям промежуточную координату и использовать для нее то же регулирующее воздействие, что и для основного выхода объекта.

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

Выбор законов регулирования определяется назначением регуляторов:

для поддержания основной выходной координаты на заданном значении без статической ошибки закон регулирования основного регулятора должен включать интегральную составляющую; от вспомогательного регулятора требуется прежде всего быстродействие, поэтому он может иметь любой закон регулирования (в частности пропорциональный как наиболее простой и достаточно быстродействующий).

Рис. 4.10 структурная схема каскадной АСР

Сравнение одноконтурных и каскадных АСР показывает, что вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной АСР повышается качество переходного процесса, особенно, при компенсации возмущений, поступающих по каналу регулирования как будет показано ниже, при этом инерционность эквивалентного объекта благодаря внутреннему контуру снижается по сравнению с инерционностью основного канала регулирования.

Рассчитываем каскадную АСР и определяем настройки основного и вспомогательного регуляторов при заданных динамических характеристиках объекта по основному и вспомогательному каналам:

1) Рассчитываются настройки стабилизирующего регулятора.

2) Определяются параметры корректирующего регулятора, для которого объектом является эквивалентный объект.

Эквивалентный объект включает в себя передаточную функцию системы по каналу температуры и одноконтурную САР расхода топливного газа. На рис. 4.10 представлена модель эквивалентного объекта в пакете Simulink программы MATLAB, а на рисунке 4.11 – кривая разгона эквивалентного объекта.

Рис. 4.11. Эквивалентный объект для расчета параметров основного регулятора в приложении Simulink.

Рис. 4.12. Кривая разгона эквивалентного объекта.

Аппроксимируем полученную кривую для эквивалентного объекта с помощью программы LinRegTV.

Используя данную переходную характеристику, методом Симою была рассчитана передаточная функция эквивалентного объекта:

(4.2)

· СКО=0,012;

· Диапазон частот: ω_рек=[0; 0,002] (сек^-1).

КЧХ эквивалентного объекта представлена ниже (см. также Приложение Е):

Рис. 4.13. КЧХ эквивалентного объекта.

Произведем расчет оптимальных настроек основного регулятора каскадной АСР температуры продукта в прикладной программе LinRegTV:

Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):

· ;

· .

Используя полученные настройки регулятора, построим с помощью пакета Simulink программы Matlab модель каскадной системы управления, которая представлена на рисунке 4.13.