Алгоритмы контроля параметров технологического процесса и состояния оборудования. Алгоритмы цифрового регулирования. Уравнения П, ПИ, ПИД регуляторов

Регулирование переменной (уровень, давление, расход, температура и т.д.) осуществляется с помощью регулятора, структурная схема которого представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структурная схема регулятора

Сигнал с датчика Х сравнивается с уставкой Х₀, значение которой задается оператором или вырабатывается автоматически в соответствии с некоторой программой (программное управление). В дальнейшем будем рассматривать работу регулятора в режиме автоматической стабилизации, когда выполняется условие X₀(t) = const. Отклонение поступает на вход блока, который формирует управление U в соответствии с законом регулирования:

На рис. 8 показана работа П – регулятора (пропорциональный регулятор), стабилизирующего величину уровня Х жидкости при заданной установке Х₀, по закону , где К – настройка регулятора.

Рис. 8. Работа П-регулятора

Предположим, что в момент t₀ значение уровня было Х(t₀) < X₀. Тогда отклонение sign U₀= -1, что соответствует сигналу "меньше", регулирующий клапан будет закрываться, а уровень Х будет возрастать. Наконец, в момент t₁ значение отклонения , sign U₁= 0, что будет означать, что клапан останется в текущем положении. С момента t > t₁ отклонение начнет увеличивать в положительном направлении, т.к. уровень Х будет продолжать увеличиваться, а пропускная способность канала останется той же самой, что и в момент t₁. Тогда sign U₃ = 1, что соответствует сигналу "больше" и клапан начнет открываться, способствуя уменьшению уровня Х. В момент t₂ приток жидкости будет равен пропускной способности клапана, но отклонение , sign U = 1, и клапан будет продолжать увеличивать свою пропускную способность до момента t₃. Превышение уровня Х над уставкой Х₀ в интервале t₁-t₃ называется перерегулированием . Величина перерегулирования определяет качество регулирования и зависит от типа и настройки регулятора. В интервале t₃-t₄ аналогично положительной "волне" формируется отрицательная "волна" перерегулирования.

Наиболее важным функциональным узлом систем автоматического управления являются регуляторы, которые реализуются в микропроцессорной САУ программным путем и являются (из-за наличия в системе квантования по времени и уровню) цифровыми регуляторами. Ограничиваясь рассмотрением линейных регуляторов, приведем классификацию цифровых регуляторов. Как видно из рис. 4.1, регуляторы разделяют на две группы: параметрически оптимизируемые и структурно оптимизируемые. К параметрически оптимизируемым регуляторам относятся классические виды регуляторов типа П-регулятор, ПИ-регулятор, ПИД-регулятор и их модификации. К структурно оптимизируемым - компенсационные регуляторы и регуляторы состояния.

Компенсационные регуляторы проектируются с таким расчетом, чтобы снизить влияние некоторых параметров объекта на качество управления. При этом различают следующие модификации регуляторов этого типа:

- компенсатор - ликвидирует воздействие объекта в особых точках передаточной функции (нули и полюса);

- апериодический регулятор - обеспечивает окончание переходного процесса при ступенчатом возмущении за заданное время;

- регулятор-предиктор - регулятор с предсказанием реакции; модель объекта включается в обратную связь регулятора;

- регулятор с минимальной дисперсией - применяется в стохастических системах; минимизирует дисперсию значений регулируемой переменной.

Рассмотренные выше регуляторы называют регуляторами "входа-выхода", так как они контролируют входную и выходную величины и вырабатывают управляющее воздействие согласно определенному закону управления.

В отличие от этих регуляторов, регуляторы состояния контролируют характеристики вектора состояния объекта управления, описанного уравнениями в пространстве состояний. При наличии полной информации о векторе состояния применяется модальный регулятор в совокупности с модальным анализатором на входе и модальным синтезатором на выходе для синтеза реального вектора управления. Если некоторые переменные состояния невозможно измерить, используются регуляторы с наблюдателями, восстанавливающими переменные состояния объекта.

Ограничимся рассмотрением реализации в микропроцессорных системах некоторых регуляторов типа "вход-выход".

Рис. 4.1. Классификация линейных регуляторов

Дата добавления: 2014-01-20