Системы автоматического регулирования 3.4.1. Принципы регулирования

Отличительной особенностью САР по отношению к САК и САУ является ее работа лишь с одним технологическим парамет­ром и соответственно с одним исполнительным механизмом, воз­действующим на этот параметр.

Задача САР — поддержание постоянного значения регулируе­мого параметра или его изменение по заданному закону.

Работа систем автоматического регулирования основана на двух основных принципах регулирования:

1)               по отклонению регулируемого параметра от заданного зна­чения или закона;

2)         по компенсации внешних возмущающих воздействий на тех­нологический процесс.

В первом случае автоматическая система должна следить за зна­чением параметра и при его отклонении от заданного создавать такое управляющее воздействие на исполнительный механизм, которое обеспечит возврат параметра к нужному значению.

Откуда система знает, каким должно быть значение парамет­ра? Для ввода в систему этой информации используют устрой­ство, называемое задатчиком. Оно формирует такой же сигнал, какой поступает с датчика при значении регулируемого парамет­ра, равном заданному. Если отклонения параметра нет, то оба сигнала одинаковы и система регулирования находится в равно­весии. При отклонении значения параметра от заданного, выз­ванном возмущающим воздействием на технологический процесс, специальное устройство сравнения обнаруживает разницу между сигналами, усиливает ее, превращает в двоичный код и передает на ЭВМ, которая вырабатывает управляющее воздействие на исполнительный механизм.

Совокупность устройства сравнения, усилителя, аналого-циф­рового преобразователя и ЭВМ, роль которой, как правило, вы­полняет микропроцессор, можно рассматривать как регулирующее устройство (РУ) (рис. 3.8).

Исполнительный механизм управляет рабочим органом, дей­ствующим на технологический процесс, так, чтобы отклонение параметра от заданного значения уменьшалось. Воздействие про­должается до тех пор, пока реальное значение регулируемого па­раметра не станет вновь равным заданному. Если заданное значе­ние параметра (и соответственно сигнал, поступающий от задат-

64

чика) не изменяется с течением времени, то система называется стабилизирующей.

Если сигнал, формируемый задатчиком, изменяется по како­му-то закону, то система регулирования следит за тем, чтобы сиг­нал с датчика параметра изменялся точно так же, т.е. чтобы пара­метр изменялся по тому же закону. Задатчик задает тот закон, по которому должен изменяться параметр. Возможны два варианта формирования такого сигнала задатчиком: либо в соответствии с заранее составленной программой изменения параметра с тече­нием времени (в этом случае САР называют системой программ­ного регулирования), либо в зависимости от изменения какого-то другого параметра, за которым следит задатчик (в этом случае САР называют следящей). В любом случае действия системы на­правлены на устранение отклонения параметра от значения (по­стоянного или изменяющегося), определенного задатчиком.

На рис. 3.8, а показана структура технических средств САР по отклонению параметра.

Достоинство регулирования по отклонению заключается в том, что регулируемый параметр всегда находится под контролем ав­томатической системы. Но есть и недостаток — процесс регулиро­вания начинается лишь тогда, когда отклонение параметра от за­данной величины уже не только появилось, но и достигло порога чувствительности устройства сравнения. Например, в помещении установлена система автоматического регулирования температу­ры по отклонению. До тех пор пока не появилось внешнее воздей­ствие, температура равна 20 °С. Датчик температуры установлен в центре помещения. Кто-то открыл окно на улицу, где температу­ра равна -20 °С. Температура у открытого окна начинает резко па­дать, однако в центре комнаты она еще не изменилась, следова-

тельно, регулятор пока не действует. Только после того как в по­ловине помещения похолодает и температура начнет падать вбли­зи датчика, регулятор вступит в действие.

Этот недостаток регулирования по отклонению отсутствует в системе регулирования по компенсации возмущающих воздействий. Структура технических средств такой системы приведена на рис. 3.8, б.

Ее отличие от предыдущей структуры заключается в том, что на датчик воздействует не параметр технологического процесса, а внешнее возмущение. Обычно влияние возмущающего воздействия на технологические параметры проявляется с некоторой задерж­кой, что позволяет выработать регулирующее воздействие на ра­бочий орган еще до того, как параметр под действием возмуще­ния изменит свое значение.

При регулировании температуры в помещении можно пойти и по пути компенсации возмущающего воздействия. После откры­тия окна система получает информацию о том, насколько оно открыто, какова площадь окна, какова температура за окном и т.д. На основе полученной информации она вырабатывает управляю­щее воздействие на нагреватель еще до того, как регулируемый параметр (температура в центре комнаты) изменит свое значе­ние.

Такая оперативность является достоинством этого принципа регулирования, но отсутствие непосредственного контроля само­го регулируемого параметра — его недостаток.

Наиболее совершенны комбинированные САР, использующие одновременно оба принципа регулирования. При этом сохраня­ются достоинства обоих принципов и уменьшаются их недостат­ки.

Особый вид САР — системы адаптивного регулирования. Они используются для поддержания оптимальных режимов тех техно­логических процессов, для которых может быть определен пока­затель эффективности процесса. Если этот показатель зависит от параметров, которые система может учесть, то появляется воз­можность добиться максимального значения эффективности. Адап­тивная система автоматически корректирует управление процес­сом в зависимости от комплекса таких воздействий на него, учесть которые по отдельности невозможно (изменение качества сырья, отложения на стенках трубопровода и т.д.).

Работает адаптивная САР следующим образом: ЭВМ изменяет на небольшую величину параметры в алгоритмах управления и вычисляет показатель эффективности при новых значениях пара­метров. Если показатель растет, то ЭВМ вновь изменяет парамет­ры в том же направлении и вновь вычисляет показатель эффек­тивности. И так до тех пор, пока не будет достигнута максималь­ная эффективность. Периодическое проведение такой коррекции

66

гспечивает оптимальный режим технологического процесса и _г эоты технологического оборудования.