Идентификация испарителя холодильной машины как объекта управления, синтез и анализ системы автоматического управления
4.2 Формализация требований к решению задачи регулирования и выбор принципа построения системы автоматического регулирования
4.2.1 Формализация требований к предельно-допустимым статическим и динамическим отклонениям регулируемых переменных от соответствующих заданных значений в переходных и динамически установившихся процессах и представление их в форме регламентных зон регулируемых переменных
Исходя из требований технологии процесса и эксплуатации технологических машин, могут быть заданы определенные требования к отклонениям (ошибкам) регулируемых переменных:
1. К предельно-допустимым динамическим отклонениям
2. К отклонениям, которыми можно пренебречь, т.е. к
3. К времени существования допустимых динамических отклонений за пределами ЗНО
Отразив эти предельные условия графически, можно задать регламентную зону переходного процесса.
Для рассматриваемого нами ТП вышеописанные требования можем представить в таблице регламентов, полученной в предыдущих разделах:
Таблица регламентов
Наименование параметров |
Обозна-чение |
Единица измерения |
Номинальное значение параметра |
Допустимые отклонения от номинала |
|||
Длительные (t>?) |
Кратковременные (0<t<<?) |
||||||
величина |
величина |
время, ч. |
|||||
Температура воздуха в камере |
?С |
F1(П) |
±1 |
±3 |
1,5 |
||
Температура испарителя |
Ти |
?С |
F2(П) |
±1 |
±3 |
1,5 |
Регламентные зоны переходных процессов:
Температура испарителя
Температура в камере
4.2.2 Формализация интегральных требований к переходным и динамически установившимся процессам регулирования в форме интегрального критерия оптимальности САР
На этапах разработки САУ, в качестве одного из главных критериев, характеризующих целесообразность её создания и эффективность её применения, является оценка качества выполнения поставленной перед САУ задачи, в частности, для задач регулирования, поддержание параметров технологического процесса на заданных значениях (в заданных диапазонах изменения). На практике, в качестве показателя качества САР, наиболее часто используют интегральный критерии; причем, чем меньше будет отклонение текущего значения регулируемой переменной от заданного (предусмотренного регламента), тем показатель качества будет лучше.
Существует несколько интегральных критериев.
Существует три вида переходных процессов, которые соответствуют следующим критериям:
1. Апериодический переходный процесс (ПП) соответствует линейному критерию оптимальности.
2. Колебательный ПП с = 20% соответствует модульному критерию оптимальности.
3. Колебательный ПП с = 40% соответствует квадратичному критерию оптимальности.
C целью обеспечения малого времени переходного процесса и во избежание излишней колебательности выбираем интегральный модульный критерий:
4.2.3 Выбор, обоснование и представление в виде обобщённой структурной схемы принципа построения системы автоматического регулирования
Классификацию САУ по принципам их построения можно произвести в зависимости от вида информации, используемой управляющим устройством (УУ). В общем случае УУ использует 2 вида информации: и tк. В частных случаях используются не все виды информации, а только некоторые из приведенных. Рассмотрим эти частные случаи, а, следовательно, и принципы построения САУ:
1) Принцип жесткого (программного) управления - используется информация только о .
Данный принцип применяется в тех случаях, когда свойства объекта достаточно хорошо известны. Достоинством является максимальная простота системы. Недостатком является низкая и неконтролируемая степень соответствия между у и .
2) Принцип управления по возмущениям - УУ использует информацию об и , применим в тех случаях, когда влиянием fн на ОУ можно пренебречь, когда размерность относительно небольшая, свойства ОУ по каналам - y и u - y достаточно хорошо известны.
Достоинство данного принципа: такая система даёт возможность полностью скомпенсировать влияние на у, т.е. сделать у инвариантным относительно .
Недостатки данного принципа: аналогичны первому. Для повышения точности соответствия у для требуется увеличение размерности , уточнять свойства по каналам управления и контролируемых возмущений, что приведёт к усложнению и удорожанию, как самой системы, так этапа её разработки.
Оба из рассмотренных принципов построения систем, относятся к принципам разомкнутого управления, т.к. они не используют информацию о текущем состоянии объекта.
3) принцип замкнутого управления (управление с обратной связью) - применим в том случае, когда допустимы достаточно большие динамические изменения (колебания) y от .
Достоинства данного принципа: можно обеспечить высокую точность у и .
Свойства объекта необходимо знать только по каналу у - u, и также не требуется высокой точности.
Недостатки данного принципа: введение обратной связи приводит в собственной составляющей к движению в замкнутом контуре. Наличие обратной связи провоцирует появление неустойчивости САУ, т.е. её неработоспособности.
4) комбинированный принцип управления - целесообразно использовать, когда необходимо получать высокие статистические и мало динамические отклонения САУ.
Достоинства данного принципа: сочетание разомкнутого и замкнутого принципов управления.
Недостатки данного принципа: высокая стоимость и сложность разработки.
Исходя из рассмотренных выше принципов построения САУ выберем принцип замкнутого управления, т.к. он содержит информацию о текущем состоянии объекта.
Составим обобщенную структурную схему построения САР:
Рис. Обобщённая структурная схема принципа построения САР