Розрахунок настроювань регулятора одноконтурної АСР тиску пари

Теоретично у системі з запізненням, мінімальний час регулювання:

t_pmin = 2 τ.

Нижче приведені рекомендації з вибору закону регулювання і типу регулятора, виходячи з величини відношення запізнення τ до постійної часу об'єкта Т.

Якщо τ /T < 0,2, то можна вибрати релейний, неперервний або цифровий регулятори.

Якщо 0,2 < τ /T < 1, то повинен бути обраний неперервний або цифровий ПІ-, ПД-, ПІД-регулятор.

Якщо τ /T > 1, то вибирають спеціальний цифровий регулятор, що компенсує запізнення в контурі керування. Однак цей же регулятор рекомендується застосовувати і при менших відношеннях τ /Т.

На параметри об'єкта значний вплив чинить взаємне розташування виконавчих механізмів, регулюючих органів (наприклад, тена) і первинного перетворювача (давача).

Наявність запізнення об'єкта різко погіршує динаміку замкнутої системи. Часто при відношенні τ /T > 0,5 типові закони керування не можуть забезпечити високу точність і швидкодію процесу регулювання. Головною причиною тут є різке зниження критичного коефіцієнта підсилення системи при збільшенні запізнення в об'єкті керування.

У зв'язку з цим підвищити якість керування можна або шляхом зменшення запізнення в об'єкті, або за рахунок застосування регулятора більш складної структури, а саме оптимального регулятора.

З теорії оптимального керування випливає, що такий регулятор у своїй структурі повинен містити модель об'єкта керування.

Системи керування з моделлю об'єкта мають можливість вгадувати майбутні зміни стану об'єкта. Вони можуть бути адаптивними чи ні і незамінні для об'єктів зі значним часом запізнення τ /T > 0,2.

Для кожного об'єкта керування необхідно застосовувати регулятори з відповідним алгоритмом і законом регулювання. Це дозволяє істотно знизити втрати при функціонуванні об'єкта (витрата енергії, втрати продукції тощо).

Оскільки в нашому випадку

τ/T=45/290=0,15

то вибираємо неперервний ПІД-регулятор.

Найбільш розповсюдженим видом регулювання є ПІД-закон регулювання, який забезпечує достатньо високу точність при керуванні різноманітними процесами. ПІД-регулятор виробляє вихідний сигнал, який являється сумою трьох складових:

1) пропорційної;

2) інтегральної;

3) диференційної.

Пропорційна складова залежить від роз погодження і відповідає за реакцію на миттєву помилку регулювання.

Інтегральна складова являє собою накопичену похибку регулювання, яка є додатковим джерелом вихідної потужності та дозволяє добитися максимальної швидкості досягнення уставки при відсутності пере регулювання.

Диференційна складова залежить від швидкості зміни відношення різниці між двома сусідніми вимірюваннями та часом між цими вимірюваннями, як викликає реакцію регулятора на різку зміну параметра, що вимірюється, яка може виникнути в результаті зовнішньої дії.

При настроюванні регуляторів можна одержати досить велике число перехідних процесів, що задовольняють заданим вимогам. Таким чином, з'являється деяка невизначеність у виборі конкретних значень параметрів настроювання регулятора. З метою ліквідації цієї невизначеності і полегшення розрахунку настроювань вводиться поняття оптимальних типових процесів регулювання.

Регулятор, включений в АСР, може мати кілька настроювань, кожне з яких може змінюватися в досить широких межах. При цьому при визначених значеннях настроювань система буде керувати об'єктом відповідно до технологічних вимог, при інших може привести до нестійкого стану.

Тому для визначення оптимальних настроювань розроблений ряд математичних методів, серед яких можна виділити:

- метод сканування площини настроювань;

- метод D-розбиття;

- формульний метод.

Метод сканування полягає у розбитті області припустимих настроювань обраного регулятора з рівним кроком і визначенні показників якості для кожного набору настроювань у вузлах сітки, що вийшла. Після перегляду усіх вузлів вибираються набори настроювань, що відповідають найкращим показникам якості. Настроювання можуть бути уточнені далі також шляхом сканування околиці обраного вузла з більш дрібним кроком.

Метод D-розбиття полягає у визначенні області настроювань у просторі припустимих значень настроювань обраного регулятора, що відповідають області стійкості чи заданому показнику якості. Крива D-розбиття являє собою границю стійкості в просторі настроювань і тому будується з використанням якого-небудь критерію стійкості.

Формульний метод визначення настроювань регуляторів використовується для швидкої і наближеної оцінки значень настроювань регуляторів.

Виділяють три типових процеси регулювання:

1. Аперіодичний процес з мінімальним часом регулювання.

2. Процес з 20% - ним перерегулюванням.

3. Процес, що забезпечує мінімум інтегральної оцінки якості.

Настроювання ПІД - регуляторів можуть бути визначені за наведеними у таблиці формулами в залежності від того, який вид перехідного процесу потрібно одержати. У другому стовпчику таблиці приведені формули для аперіодичного процесу без перерегулювання, у третьому – з перерегулюванням 20%, у четвертому – для процесу з максимальною швидкодією (процес може бути сильно коливальним).

Регулятор	Аперіодичний процес	Процес з перерегулюванням 20 %	Процес з мінімальним часом регулювання
ПІД	, ,	, ,	, ,

Відповідно до вимог технологічного процесу вибираємо процес з 20 % перерегулюванням і відповідно до нього маємо такі параметри настроювання ПІД-регулятора: