1.16 Современные пид-регуляторы, их модификации.

1-17

1-18

1-19

1-20 Системы связанного регулирования.

Основой построения систем связанного регулирования является принцип автономности. Применительно к объекту с двумя входами и выходами понятие автономности означает взаимную независимость выходных координат у₁ и у₂ при работе двух замкнутых систем регулирования.

По существу, условие автономности складывается из двух условий инвариантности: инвариантности первого выхода у1 по отношению к сигналу второго регулятора Хр2 и инвариантности второго выхода у2. по отношению к сигналу первого регулятора Хр1:

При этом сигнал Xpi можно рассматривать как возмущение для У 2, а сигнал Xps — как возмущение для Y1. Для компенсации этих возмущений в систему регулирования вводят динамические устройства с передаточными функциями Ru(p) и К'д(р), сигналы от которых поступают на соответствующие каналы регулирования или на входы регуляторов.

П о аналогии с инвариантными АСР передаточные функции компенсаторов R12(p) и R21(p), определяемые из условия автономности, будут зависеть от передаточных функций прямых и перекрестных каналов объекта и будут равны:

Т ак же, как в инвариантных АСР, для построения автономных систем регулирования важную роль играет физическая реализуемость и техническая реализация приближенной автономности.

В химической технологии одним из самых сложных многосвязных объектов является процесс ректификации. Так, для регулирования процесса в нижней части колонны необходима стабилизация уровня жидкости в кубе и температуры под первой тарелкой, а в качестве регулирующих входных сигналов—расход греющего пара и отбор кубового продукта. Однако каждое из регулирующих воздействий влияет на оба выхода: при изменении расхода греющего пара изменяется интенсивность испарения кубового продукта, а вследствие этого—уровень жидкости и состав пара. Аналогично изменение отбора кубового продукта влияет не только на уровень в кубе, но и на флегмовое число, что приводит к изменению состава пара в нижней части колонны.

Рис. 1.35. Структурные схемы автономных АСР: а—компенсации воздействия от второго регулятора в первом контуре регулирования; б—компенсации воздействия от первого регулятора во втором контуре регулирования; в — автономной системы регулирования двух координат

Рис. 1.36. Пример системы регулирования объекта с несколькими входами и выходами:1—ректификационная колонна; 2 — кипятильник; 3 — дефлегматор; 4—флегмовая емкость; 5— регулятор температуры; 6,9— регуляторы уровня; 7 — регулятор расхода; 8 — регулятор давления

Для регулирования процесса в верхней части в качестве выходных координат можно выбрать давление и температуру пара, а в качестве регулирующих входных параметров—подачу хладоагента в дефлегматор и флегмы на орошение колонны. Очевидно, обе входные координаты влияют на давление и температуру в колонне в ходе тепловых и массообменных процессов. Системы несвязанного регулирования. Структурная схема системы представлена на рис. 1.32. Выведем передаточную функцию эквивалентного объекта в одноконтурной АСР с регулятором Ri. Как видно из рис. 1.33, а, такой объект состоит из основного канала регулирования и связанной с ним параллельно сложной системы, включающей второй замкнутый контур регулирования и два перекрестных канала объекта.

Р ис. 1.33. Преобразование системы регулирования двух координат к эквивалентным одно контурным АСР: —эквивалентный объект для первого регулятора; б—эквивалентный объект для второго регулятора Рис. 1.34. Амплитудно-частотные характеристики одноконтурных АСР при отсутствии перекрестных связей в объекте.

Передаточная функция эквивалентного объекта имеет вид:

Второе слагаемое в правой части уравнения 1отражает влияние второго контура регулирования на рассматриваемую систему и по существу является корректирующей поправкой к передаточной функции прямого канала.

На основе формул 1 и 2 можно предположить, что если на какой-то частоте модуль корректирующей поправки будет пренебрежимо мал по сравнению с амплитудно-частотной характеристикой прямого канала, поведение эквивалентного объекта на этой частоте будет определяться прямым каналом.

Н аибольшую опасность представляет случай, когда инерционность прямых и перекрестных каналов приблизительно одинакова Тогда для эквивалентных объектов при условии, что R1(p) =R2(р)=R(р), получим:

откуда W (iw) R (iw) =0,5; | R (iw) | = 0,5/ | W (iw)

Так, настройка П-регулятора, при которой система находится на границе устойчивости, вдвое меньше, чем в одноконтурной АСР.

Для качественной оценки взаимного влияния контуров регулирования используют комплексный коэффициент связанности, который обычно вычисляют на нулевой частоте (т. е. в установившихся режимах) и на рабочих частотах регуляторов. В частности, при w=0 значение Ксв определяется отношением коэффициентов усиления по перекрестным и основным каналам:

Если на этих частотах Ксв=0, объект-односвязпый; при Ксв>1 целесообразно поменять местами прямые и перекрестные каналы («перекрестное» регулирование); при 0<Ксв <1 расчет одноконтурных АСР необходимо вести по п. ф. эквивалентных объектов 1и 2.

1-21 Многоконтурные АСР. Комбинированные АСР. АСР с дополнительным импульсом по производной

В зависимости от характера корректирующего импульса различают следующие многоконтурные АСР: комбинированные, сочетающие обычный замкнутый контур регулирования с дополнительным каналом воздействия, по которому через динамический компенсатор вводится импульс по возмущению;каскадные—двухконтурные замкнутые АСР, построенные на базе двух стандартных регуляторов и использующие для регулирования кроме основной выходной координаты дополнительный промежуточный выход; с дополнительным импульсом по производной от промежуточной выходной координаты.

Р ис. 1.7. Пример комбинированной системы регулирования концентрации упаренного раствора:1—регулятор состава; 2—динамический компенсатор.

Комбинированные САР применяют при автоматизации объектов, подверженных действию существенных контролируемых возмущений.

Н а рис. 1.7 одним из наиболее сильных возмущений является расход питания. Основная задача регулирования—стабилизация концентрации упаренного раствора за счет изменения расхода греющего пара— выполняется регулятором 1. Кроме сигнала регулятора, на клапан, регулирующий подачу пара, через динамический компенсатор 2 поступает корректирующий импульс по расходу питания.

Рис. 1.8.:1—подогреватель исходной смеси; 2—ректификационная колонна; 3— дефлегматор; 4—флегмовая емкость; 5—регулятор состава; 6— динамический компенсатор

На рис. 1.8 приведен пример комбинированной АСР состава дистиллята в ректификационной колонне. Стабилизация состава дистиллята обеспечивается регулятором 5 путем изменения подачи флегмы на орошение колонны. Для повышения кач-ва регулиров. в системе предусмотрена автоматическая коррекция задания регулятору 5 в зависимости от одного из основных возмущений в процессе—расхода разделяемой смеси. Корректирующий импульс на задание регулятору поступает через динамический компенсатор 6.

Обе системы регулирования обладают общими особенностями: наличием двух каналов воздействия на выходную координату объекта и использованием двух контуров регулирования—замкнутого (через регулятор 1) и разомкнутого (через компенсатор 2). Отличие состоит лишь в том, что во втором случае корректирующий импульс от компенсатора поступает не на вход объекта, а на вход регулятора.

Введение корректирующего импульса по наиболее сильному возмущению позволяет существенно снизить динамическую ошибку.

Основой расчета подобных систем является принцип инвариантности: отклонение выходной координаты системы от заданного значения должно быть тождественно равным нулю при любых задающих или возмущающих воздействиях.

Для выполнения принципа инвариантности необходимы два условия: идеальная компенсация всех возмущающих воздействий и идеальное воспроизведение сигнала задания. Обычно ограничиваются частичной инвариантностью по отношению к наиболее опасным возмущениям.

Таким образом, для обеспечения инвариантности системы регулирования по отношению к какому-либо возмущению необходимо установить динамический компенсатор, передаточная функция которого равна отношению передаточных функций объекта по каналам возмущения и регулирования, взятому с обратным знаком.