Технологические процессы в промышленном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения

Стуктурная схема многоконтурной СУ ЭП с подчиненным регулированием координат объекта управления приведена на рисунке 1.

Основные положения принципа подчиненного регулирования координат изложены ниже.

1. Объект управления представляют в виде n последовательно соединенных простейших линейных динамических звеньев с одним-двумя доминирующими полюсами (интегральных, апериодических первого-второго порядка) - W_оу,1(p), W_оу,2(p), …, W_оу,n(p), где n - число контролируемых переменны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Стуктурная схема многоконтурной системы с подчиненным регулированием координат объекта управления

2. В передаточную функцию младшего подобъекта управления W_оу,1(p) включают фильтр с эквивалентной малой (некомпенсированной) постоянной времени контура T, определяющей такие важнейшие свойства системы управления, как быстродействие, точность и помехозащищенность.

3. Устройство управления представляют в виде n последовательно соединенных регуляторов класса “вход-выход”.

4. Синтез СУ ЭП начинают с младшего (внутреннего) контура регулирования и заканчивают старшим (внешним) контуром, применяя единую типовую методику.

5. Каждый синтезированный замкнутый контур регулирования аппроксимируют оптимальным звеном первого-второго порядка и после синтеза присоединяют к объекту управления последующего контура.

6. Ограничение координат объекта управления на допустимых уровнях осуществляют ограничением задающих воздействий соответствующих контуров регулирования.

В многоконтурных электромеханических системах подчиненного регулирования координат наиболее распространены настройки отдельных контуров на технический (модульный) и симметричный оптимум.

Настройка на технический оптимум.

При настройке контуров регулирования на технический оптимум (ТО) передаточные функции замкнутых контуров регулирования представляют в виде фильтров Баттерворта второго порядка:

,()

где i = 1…n.

Передаточная функция оптимального регулятора в этом случае имеет вид:

()

Переходный процесс в младшем контуре регулирования представлен кривой 1, рис. 2. Время регулирования младшего контура составляет около 8 T, в остальных контурах оно будет как минимум в раз больше,

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Кривые оптимальных переходных процессов контуров регулирования СУ ЭП

Настройка на симметричный оптимум.

При настройке контуров регулирования многоконтурной СУ ЭП на симметричный оптимум (СО) их передаточные функции представляют в виде оптимальных звеньев третьего порядка. Для этого передаточные функции замкнутых контуров регулирования, настроенных на технический оптимум и соответствующих регуляторов умножают на изодромное звено вида

()

где i - номер синтезируемого контура регулирования, i = 1,…,n.

Такая настройка контуров регулирования обеспечивает астатизм первого порядка по задающим воздействиям (теоретически нулевую статическую ошибку регулирования выходной координаты). Однако отработка скачкообразных задающих воздействий сопровождается высоким перерегулированием выходной координаты контура, достигающим 56% (кривая 2 на рис 2). Для снижения перерегулирования на вход i-го замкнутого контура регулирования устанавливают задатчик интенсивности или апериодическое звено (предшествующий фильтр первого порядка) с постоянной времени . Переходный процесс в СУ ЭП с предшествующим фильтром первого порядка представлен кривой 3 на рис. 2.

Типовая методика синтеза контуров регулирования по желаемой передаточной функции разомкнутого контура, имеющих, в частности, настройку на технический и симметричный оптимум, приведена ниже.

Рассматриваемая методика широко применяется при синтезе систем подчиненного регулирования координат электроприводов и базируется на компенсации больших постоянных времени (БПВ) объекта управления устройством управления. Последовательность этапов синтеза:

Структурно-параметрическая декомпозиция объекта управления.

Линейный объект управления разбивают на n последовательно соединенных динамических звеньев с одним или двумя доминирующими полюсами (апериодические первого-второго порядка и интегрирующие); в объект регулирования каждого контура последовательно включают фильтр (апериодическое звено первого порядка) с эквивалентной малой постоянной времени (ЭМПВ) T_,i, i = 1,…, n; величину эквивалентной малой постоянной времени T_,i каждого контура регулирования выбирают как минимум в 2 раза больше эквивалентной малой постоянной времени предыдущего контура регулирования, т. е. T _{, i} 2T _{, i-1}, i = 2,…, n.

В результате структурно-параметрической декомпозиции в объекте каждого контура регулирования должны быть выделены 1-2 БПВ и одна ЭМПВ T _{, i} .

Выбор критерия качества регулирования контура.

За критерий качества регулирования каждого контура будем принимать желаемую передаточную функцию разомкнутого контура. Для электромеханических СУ ЭП целесообразно применять настройки контуров регулирования на ТО или СО. Желаемую передаточную функцию разомкнутого контура в этом случае записывают в виде:

а) при настройке на ТО:

,()

б) при настройке на СО:

()

Определение структуры и параметров регулятора каждого контура регулирования (структурно-параметрический синтез регуляторов).

Передаточная функция оптимального регулятора i-го контура определяется в виде:

()

гдеW_{оу, i} (p) - передаточная функция объекта регулирования, входящая в i - й контур регулирования;

W_{ос, i} (p) - передаточная функция звена отрицательной обратной связи i-го контура регулирования.

Далее производится расчет численных значений параметров синтезированных регуляторов (коэффициентов передач, постоянных времени интегрирования, дифференцирования).

1.1.2 Синтез проектируемой системы регулирования

В проектируемой системе одним из главных параметров контроля является давление поступающей в котел питательной воды. Поэтому было принято решение о моделировании этого контура регулирования.

Моделирование переходных процессов будем осуществлять в программном пакете «MatLab-6.1».

1.1.2.1 Контур давления

На рисунке 3 представлена структурная схема контура давления проектируемой системы в виде передаточных функций.

Рис. 3. Структурная схема контура давления

- передаточная функция регулятора давления;- передаточная функция преобразователя частоты;

- передаточная функция асинхронного двигателя;

- передаточная функция регулируемой задвижки;

- передаточная функция датчика давления.

DZ - звено нечувствительности;

S1, S2 - звенья ограничения;

R - релейное звено;

Для начала произведем выбор задания критерия качества управления. Критерием качества будем задаваться в виде желаемой передаточной функции разомкнутого контура - .

В системах регулирования наиболее распространены настройки контуров на технический (модульный) и симметричный оптимум. В данной системе быстродействие не требуется и достаточно вести регулирование только с позиции точности. Поэтому настройку контура будем вести на технический оптимум.

При помощи программного пакеты «MatLab-6.1» произведем подбор эквивалентной малой постоянной времени так, чтобы время нарастания составило - 0,4ч0,6 сек, а время регулирования - 0,9ч1,1 сек. Моделируемая структурная схема и полученная желаемая переходная характеристика представлены на рисунке 4.

Рис. 4. Структурная схема и желаемая переходная характеристика.

синтез подчиненный регулирование координата

Как мы видим, составило 0,06 сек, отсюда получим, что

.

Произведем выбор передаточных функций в качестве известных звеньев:

1. ,

,

2. ,

,

.

3. Работа регулируемой задвижки описывается интегральным звеном с коэффициентом усиления:

4. .

5. .

.

Для реализации релейной работы системы (аналог широтно-импульсной модуляции), после регулятора необходимо установить звено «Relay», а также звенья «Saturation» - для ограничения сигнала и звено «Dead Zone» - для установления мертвой зоны управляющего сигнала.

Структурная схема и переходный процесс контура давления представлены на рисунках 7 и 8 соответственно.

Рис. 7. . Структурная схема контура давления.

Рис. 8. Переходный процесс контура давления.

Из полученного переходного процесса видно, что настройка контура на технический оптимум сохранилась, следовательно, регулятор рассчитан правильно. Причем видно, что при подачи токового сигнала 1 мА (5% от номинала), на выходе будем иметь значение давления равное 25 Па (5% от номинала). Также четко видна работа релейного элемента: реверсивное включение (поочередная подача «1» и «0»).

Размещено на Allbest.ru