Каскадное регулирование

Применяется на сложных объектах, когда на выходной параметр j влияет несколько возмущений, измерить которые не представляется возможным. В этом случае выбирается какой-либо объект с промежуточным параметром j₁, который измерить можно, и по нему строится регулирование объекта. Получаем первый контур регулирования. Этот регулятор не учитывает часть действующих на сложный объект возмущений, которые влияют на выходной параметр j. По параметру j строится второй контур регулирования. Регулятор второго контура управляет работой регулятора первого контура, изменяя ему задание таким образом, чтобы его работа скомпенсировала влияние возмущений на выходной параметр j. В этом состоит смысл каскадного регулирования (1-й и 2-й каскады регулирования).

Рис. 5.18. Схема САР уровня воды в барабане котла:

Н _б – уровень воды в барабане котла; D _пп – расход перегретого пара (l); W _в – расход питательной воды (m_об); ЗД – задатчик (задает значение уровня Н _б,0); ВЭК – водяной экономайзер; ПП – пароперегреватель

Рассмотрим это на схеме регулирования сложного объекта, состоящего из последовательного соединения трех объектов с возмущениями (рис. 5.19).

Регулятор промежуточного параметра j₁ стремится поддерживать его постоянным и равным j_1,0. Это 1-й каскад регулирования.

Этот регулятор учитывает только возмущение l₁. Возмущения l₂ и l₃ будут влиять на выходной параметр j. Регулятор j (2-й каскад регулирования) будет поддерживать параметр j постоянным j₀ за счет того, что через задачик переменного задания (ЗПЗ) будет изменять задание первому контуру на величину ±Dj₁. Получив это добавление задания, регулятор j₁ будет так изменять параметр j₁, чтобы скомпенсировать влияние возмущений l₂ и l₃ на выходной параметр j. Регулятор j (2-го каскада) как бы корректирует работу первого регулятора (по j₁), поэтому его называют корректирующим регулятором (КР).

Рис. 5.19. Схема каскадного регулирования:

ЗД – задатчик; ЗПЗ – задатчик переменного задания; КР – корректирующий регулятор

Примером каскадного регулирования может служить распределение тепловой нагрузки между несколькими котлами, работающими на общую паровую магистраль (рис. 5.20).

Рис. 5.20. Регулирование тепловой нагрузки котлов, работающих на общую паровую магистраль: РСЗ – размножитель сигналов задания; ГКР – главный корректирующий регулятор

В паровую магистраль два котла подают пар с расходами D _к1 и D _к2. Из паровой магистрали пар поступает к турбинам Т ₁; Т ₂ и Т ₃ с расходами D _Т1; D _Т2 и D _Т3. Если существует баланс поступающих расходов пара от котлов и уходящих из магистрали к турбинам, то давление пара в магистрали р _м не будет изменяться (р _м,0).

Если турбины начинают потреблять больше или меньше пара, то баланс притока пара в магистраль и его расхода из магистрали нарушается, и давление р _м необходимо регулировать. Промежуточными объектами в этой системе являются котлы К ₁ и К ₂, а промежуточными параметрами – тепловые нагрузки котлов D _q1 и D _q2. По ним строится регулятор тепловой нагрузки (РТН), который управляет подачей топлива (газа). Это первый каскад регулирования.

Регуляторы поддерживают постоянными тепловые нагрузки D _q1,0 и D _q2,0, а тем самым и расходы пара D _к1 и D _к2. Если давление в магистрали р _м начинает изменяться (параметр j), вступает в работу регулятор давления р _м (это 2-й каскад), который в зависимости от величины отклонения давления ±D р _м=(р _м - р _м,0) вырабатывает на выходе сигнал, и через размножитель сигналов задания (РСЗ) управляет работой регуляторов тепловой нагрузки котлов (РТН), изменяя им задание на величину ±D D _q. В соответствии с этим сигналом регуляторы РТН изменяют подачу топлива на котлы и тем самым выработку расходов пара D _к1 и D _к2 таким образом, чтобы восстановить давление в магистрали р _м.

В том случае, если и эти способы регулирования не дают желаемых результатов, идут на ограничение возмущений l.