НАЛАДКА ПРИБОРОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Общие рекомендации го настройке взаимосвязанных и многоконтурных систем

Из диаграммы прохождения сигнала (см. риг. 36, б) можно выде­лить три независимых самостоятельных контура (рис. 62).

В каждом контуре при одном общем возмущении возникают коле-^ бания, частота которых будет для каждого контура своя. Взаимосвя­занная система может быть устойчивой для каждого контура в отдель­ности (рис. 62, а и б), а при включении двух регуляторов одновремен^ но окажется неустойчивой (рис. 62, в). Поскольку в каждом контуре своя частота колебаний (рис. 63, а и б) и свой коэффициент затухания, то переходные процессы взаимо-j связанных систем могут иметь несколько частот, наложенных друг на друга (рис. 63, в).

Рассмотренные ранее методы расчета ОПН применять к таким системам можно только в сле­дующих случаях:

Рис. 63. Переходные процессы во вза­имосвязанных системах: а — переходный процесс в первом контуру б — то же, во втором, в — совместная рабе двух регуляторов

коэффициенты усиления ка налов взаимосвязи значительно меньше единицы (при этом надо пом-
нить, что при последовательном соединении коэффициенты усиления перемножаются и становятся еще меньше); инерционность одного из контуров во много раз меньше другого, т. е. постоянные времени или транспортные запаздывания т отличаются на порядок (например, в 10 раз). Во всех остальных случаях ОПИ взаимосвязанных систем определяют на специальных аналоговых вычислительных машинах (АВМ), применение которых в практике наладочных работ позволяет рассчи-тывать системы практически любой сложности: нелинейные, взаимо-
связанные и многоконтурные. Многоконтурными системами называются системы авторегулиронания, в которых для улучшения качестьа переходного процесса два или более регулирующих приборов включаются последовательно или параллельно. Среди многоконтурных систем наиболее распространены каскадные АСР и АСР с промежуточным исчезающим импульсом, настройка этих систем может быть определена расчетными методами. Каскадные системы авторегулирования. Если имеется объект регулирования, у которого может быть замерен промежуточный параметр упр (рис. 64, а) в канале регулирования, и требуется регулироиать г/вых» то для простейшей одноконтурной схемы автоматического регулирования При большой инерционности объектов / и II(при больших Too И тоб)одноконтурная схема регулирования не обеспечииает требуемой точности регулирования при любых шачениях параметров на - иройки. В таком случае эффективно применять лиухконтурную схему ав-
томатического регулирова ния, которая называется каскадной АСР (рис. 64, б).

Для такой схемы характерно наличие двух контуров регулирования: внутреннего контура ^объект / — регулятор I) и внешнего (объект / — объект / / — регуч лятор II — регулятор /). Заданием регулятору I внутреннего кон­тура служит выход регулятора II внешнего контура.

Каскадная АСР отрабатывает возмущение х3 так же, как и одной контурная. Преимуществом каскадной АСР является значительно лучшая отработка возмущений хг и х2, причем это преимущество тем сильнее, чем более инерционен объект II по сравнению с объектом I.

Цля качественного рассмотрения динамики каскадной АСР пред-1 ставим схему в другом виде (рис. 64, г). На рисунке отчетливо видно,! что кроме главной обратной связи в схеме регулирования есть внутч ренняя связь (внутренний контур). Внутренний контур в зависимости от настроек регуляторов может иметь три различных вида переход­ных процессов: устойчивый с апериодической временной характерис­тикой, устойчивый с колебательной временной характеристикой, не устойчивый.

Если внутренний контур неустойчив, то вся система неустойчива, При устойчивом внутреннем контуре и апериодическом переходной процессе регулятор //обеспечивает устойчивость всей системы. Одна­ко если внутренний контур устойчив и имеет колебательную времен] ную характеристику, то возможность стабилизации всей системы за­висит от характеристики объекта II и типа регулятора //. Так, в слу] чае, когда объект// с самовыравниванием, в качестве регулятора II можно использивать П - и ПИ-регуляторы, обеспечивая устойчивості всей системы. Если же объект II без самовыравнивания, то ПИ-peryj лятор может обеспечить устойчивость системы только лишь в том слу| чае, когда внутренний контур значительно более быстродействующий чем внешний. В этом случае при настройке регулятора II необходим

Рис. 65. Структурная схема каскадной системы авторегулироваиия температуры котла сульфитной варки целлюлозы

увеличивать коэффициент усиления и время изодрома. Если быстро­действия внутреннего и внешнего контура соизмеримы (близки друг к другу), ПИ-регулятор не может обеспечивать устойчивости системы, и в этом случае в качестве регулятора // можно использовать П-ре­гулятор.

Примером каскадной схемы регулирования может служить систе­ма программного регулирования температуры в котлах сульфитной варки целлюлозы. Котел загружается древесной щепой и специальным раствором, затем в него подается острый пар. Температура в котле должна меняться ло определенной программе (рис. 65).

Программа задается программным задатчиком ПЗ, который изме­няет задание регулятору температуры //. Возмущения, вызванные тем, что при открытии и закрытии клапанов на паровых линиях к другим котлам резко меняется давление в паровом коллекторе, а следователь­но, и расход через клапан, снимаются регулятором /.

Когда внутренний и внешний контуры регулирования развязаны по частотам (т. е. внутренний контур более быстродействующий), к расчету ОПН могут быть применены рассмотренные нами методы рас­чета настроек одноконтурных САР. Последовательность настройки следующая:

любым из известных методов расчета ОПН определяют настройки внутреннего контура: внутренний контур каскадной схе­мы авто регулирования включают в работу;

изменяя методом раскачки зада­ние регулятору //, снимают одну точ­ку частотной характеристики со сдви­гом (р = —180° (т. е. контур регули­рования регулятора У и объект// рас­сматриваются как объект регулирова­ния регулятора //) и определяют ®об» f Об»

определяют параметры настройки регулятора II.

Схему с промежуточным исчезающим импульсом примепяют для уменьшения инерционности объекта и улучшения качества переход­ного процесса.

Для уменьшения инерционности канала регулирования параллель­но второй части канала (рис. 6Ь) включают устройство исчезающего импульса. Выходной сигнал этого устройства уус суммируется с вы­ходной величиной объекта уоб. Принцип работы схемы следующий. Если временная характеристика объекта II может быть представлена характеристикой инерционного звена (рис, 67, а), то временная ха­рактеристика устройства должна иметь вид импульса (рис. 67, б), спадающего по экспоненте.

Если коэффициент усиления устройства кус выбрать равным ко­эффициенту усиления объекта II а постоянную времени спада

импульса Гус — равной постоянной времени объекта Тобц, то вре­менная характеристика суммы уоС) + уус будет иметь вид прямоуголь­ного импульса, т. е. объект//как бы становится безынерционным. Устройство исчезающего импульса носит название дифференциатора.

Как правило, разгонные характеристики объектов / и II могут быть получены экспериментально. Если временная характеристика объекта II может быть аппроксимирована инерционным звеном, то параметры настройки дифференциатора выбирают следующими:

коэффициент усиления дифференциатора кус = кобц,

постоянная времени Тус — Тобп.

Параметры настройки регулятора в этом случае определяют по временной характеристике объекта /, но за расчетный коэффициент усиления объекта коб принимается произведение коэффициентов коб=|

== ^ОО I •

Примером САР с исчезающим промежуточным импульсом может служить система регулирования температуры перегретого пара кот­лов на электростанциях.