Определение оптимальных параметров настройки промышленных регуляторов

Метод незатухающих колебаний (метод Циглера-Никольса). Значение параметров настройки, достаточно близкие к оптимальным, могут быть получены в результате исследования замкнутой системы П-регулятором. Для этого время изодромаТ_и устанавливают равным бесконечности (либо мах возмож значению), время предварения Т_п – равным нулю (либо мин возмож значению) и определяют реакцию системы на ступенчатое изменение заданного значения управляемого параметра при различных значениях коэф усиления регулятора.

Значение коэф усиления, при котором в системе возникают незатухающие колебания с постоянно амплитудой – это и есть мах коэф усиления. Период колебания при мах коэф усиления называется предельным (или критическим) периодом колебания и обозначается Т_кр. Настройку промышленного регулятора обычно выбирают так, чтобы обеспечить запас устойчивости по амплитуде или по фазе.

Метод затухающих колебаний. Если не допускаются незатух колебания. Регулятор настраивают на пропорциональный закон регулирования, для чего время изодрома устанавливают равным бесконечности или мах возмож величине, время предварения выводят на значение = 0 или на мин возмож значение. Затем определяют реакцию системы на ступенчатое изменение заданного значения регулируемого параметра при различных значениях коэф усиления регулятора, начиная с его малых значений. Увеличивают до тех пор, пока декремент затухания в переходном процессе замкнутой системы не окажется равным 0,25. Рекомендуемые значения времени изодрома и времени предварения определяются по полученному при этом периоду затухающих колебания Т, причем последний всегда больше, чем критический период колебаний. Для ПИД-регулятора: Т_и=Т/1,5; Т_п=Т/6. После установки на ПИД-регуляторе рекомендованных выше значений Т следует уточнить настройку коэф усиления таким образом, чтобы декремент затухания по-прежнему равнялся 0,25.

31. Критерии качества САР.

Устойчивость является необходимым, но не достаточным показателем САР. При исследовании систем автоматического регулирования приходится решать задачу обеспечения требуемых показателей качества переходного процесса: быстродействия, колебательности, перерегулирования, характеризующих точность и плавность протекания процесса.

Показатели качества принято определять по кривой переходного процесса и называть прямыми. Кривая переходного процесса может быть получена теоретически (как решение дифференциального уравнения системы, когда правая часть уравнения [входной сигнал] единичная ступенька) или экспериментально.

Пусть кривая переходного процесса системы имеет вид:

1. Максимальное динамическое отклонение – максимальная разность между заданными и действительными значениями регулируемой величины в переходном режиме.

∆_maxдин =h_уст

2. Максимальное перерегулирование – максимальное отклонение переходной характеристики от установившегося значения переходной величины, выраженное в относительных единицах.

Обычно σ_max≤ 20÷30%.

3. Колебательность процесса:

(определяется как отношение разности двух соседних амплитуд, направленных в одну сторону, к большей из них в относительных единицах)

Для работоспособных систем ψ ≥ 75÷90%

4. Время регулирования – t_регул – минимальное время от начала нанесения возмущения до момента, когда регулируемая величина будет оставаться близкой к установившемуся значению с заданной точностью; т.е.

|h(t) – h_уст | ≤ ∆, где

∆ - постоянная величина, значение которой нужно оговаривать (обычно ∆=2÷5% h_уст).

В настоящее время при бурном развитии вычислительной техники трудности, связанные с расчётом переходных процессов существенно уменьшаются, поэтому роль прямых оценок качества при проектировании САР возрастает.

Для получения общей оценки быстродействия системы и отклонения регулируемой величины от установившегося значения применяют интегральные оценки качества переходных процессов, которые являются интегралами от некоторых функций переходного процесса.

Простейший интегральный критерий – линейный I₁ определяется выражением

(с геометрической точки зрения I₁ есть площадь между кривой h(t) и линией h_уст) Величина I₁ зависит от всех показателей качества. При этом с уменьшение ∆_дин и t_регул (т.е. улучшением качества регулирования) I₁ падает, а с увеличением колебательности (ψ →0) I₁ тоже уменьшается, хотя качество регулирования при этом ухудшается.

Итак, уменьшение I₁ свидетельствует об улучшении качества регулирования только для хорошо затухающих переходных процессов и применения для оценки апериодических и слабо колебательных процессов. Критерий I₁ может быть вычислен через коэффициенты дифференциального уравнения или передаточной функции разомкнутой САР.

Для колебательных процессов применяют другие интегральные критерии:

(этот критерий не вычисляется через коэффициенты дифференциального уравнения)

и

32.Настройка одноконтурной САР.

Одноконтурные системы регулирования — это системы стабилизации отдельных участков установки по сигналу от изменения какого-либо одного параметра процесса. Структура таких систем представляет собойпоследовательное соединение всех входящих в них элементов, образующих одинконтур регулирования. На фиг. 88 представлена система автоматического регулированиянепрерывного процесса получения толуола, ксилола и ароматических углеводородов

 Различающиеся по законам задающих воздействий, характеру формирования и виду сигналов системы автоматического регулирования и управления могут быть одноконтурными и многоконтурными. Одноконтурные характеризуются наличием в замкнутом контуре одного регулируемого (управляемого) объекта и одного регулятора (управляющей системы). Структурная схема одноконтурной системы автоматического регулирования приведена на рис. 1.1. Многоконтурные системы автоматического регулирования и управления при одном регулируемом (управляемом) объекте имеют два или несколько регуляторов (управляющих систем), не связанных (рис. 1.3) или связанных междусобой. В последнем случае два или более регулирующих воздействийЫз,... алгебраически суммируются. Эта операция имеет условное обозначение, показанное на рис. 1.4, в виде кружка со знаком плюс или минус.

33.Нелинейные САР.Фазовые портреты нелинейных САР.

Нелинейной системой автоматического регулирования называется такая система, которая содержит хотябы одно звено описываемое нелинейным уравнением.

Существующие нелинейные САР отличаются разнообразием: по своей физической природе, по целевой функции, по принципам действия, по виду нелинейностей, по характеру переходных процессов. Это затрудняет разработку универсального математического аппарата анализа и синтеза подобных САР. Наиболее хорошо изученными являются следующие группы нелинейных систем:

• Системы с переключениями
• Системы релейного действия
• Системы экстремальные
• ...

Это не полный перечень известных нелинейных систем. Неупомянутые системы характеризуются тем или иным атрибутом уникальности. Либо система уникальна по принципу действия, либо имеет уникальное математическое описание, и т.д.