Урок 7. Основы автоматизации.
Часть 5. Законы регулирования (окончание).
Здравствуйте, господа!
Вот я и вернулся. Мы открываем нашу «школу» в новом 2008 году.
Начнем с вопроса к последнему уроку. Опять господин Shoorale спрашивает о преимуществах ПИ-регулятора. Наверное не понял, но вкратце повторюсь.
Основным недостатком П-регулятора является статическая ошибка, т. е. после окончания регулирование всегда будет
Хзад ? Хизм.
Основной недостаток И-регулятора — это то, что он очень медленный и в большинстве случаев не удовлетворяет задачам по регулированию. А вот совмещение П-регулятора и И-регулятора в ПИ дает возможность с минимальным временем и абсолютно точно выводить систему на новое заданное значение или возвращать систему после возмущения в исходное состояние.
По теории нам осталось разобраться еще с одним нужным понятием — это каскадные схемы управления.
В прошлых уроках мы с Вами рассмотрели типы схем регулирования. Но не рассмотрели одну — каскадную. А она нам нужна, потому что без нее невозможно отрегулировать нормально ни систему отопления, ни систему приточной вентиляции. Связано это с большой инерционностью объектов упраления. В общем случае схема каскадного управления выглядит следующим образом:
Как она работает? Смотрите: нам необходимо поддержать параметр 1 на выходе объекта управления. Но инерционность параметра 1 большая. Что это значит? Это значит, что после нанесения воздействия (каким бы большим оно ни было) параметр долгое время будет изменяться, что не устраивает по сути. Но самое главное, что он обязательно проскочит нужное значение, т. е. будет вот такой процес (автоколебания):
Никакие настройки П, ПИ, ПД, ПИД – законов в данном случае не помогут. Что тогда делают? Рассматривают данный объект управления и находят промежуточный параметр Р2, который значительно менее инерционен и изменение которого приведет однозначно к изменению параметра Р1.
Далее алгоритм такой. Измеряют параметр Р1. Сравнивают его с заданным значением Р1 зад и сигнал рассогласования передают на Рег-р № 1. Одновременно измеряют промежуточный параметр Р2, сравнивают его с выходом Рег-ра № 1, который является заданием Р2 зад и сигнал рассогласования подают на Рег-р № 2.
Таким образом, получаем 2 контура. Один — внутренний, быстрый, с регулированием промежуточного параметра. Другой — наружный, медленный с поддержкой основного параметра. Т. е. вроде 2 рег-ра, а регулирующий орган один.
Обычно внутренний контур — это ПИ-закон регулирования с соотношннием П-составляющей и И-составляющей 1:30; а наружный контур — тот же ПИ-закон, но с соотношением П- и И-составляющей 1:120.
Я сознательно не хочу переходить на конкретные системы, потому что лучше будет это рассматривать на примерах при изучении конкретных систем.
Поехали дальше. Нам осталось вернуться к нашим законам. Напомним, что для П-регулятора действует формула: М = Кр(Хзад - Хизм).
Для И-регулятора:
Тогда для ПИ-регулятора получим:
Мы говорили, что обычно рассматриваем не Кu, а величину, равную l/Ku = Tu – постоянная времени интегрирования.
Тогда получим:
где Kn – коэффициент пропорциональности регулятора, Tu – постоянная времни интегрирования.
Т. е., для того чтобы управлять, необходимо всего лишь знать Kn, Tu и измерять необходимый параметр.
Теперь, откуда взять Kn и Tu? Вспомним, что мы, рассматривая понятие объекта управления, говорили, что у нас все объекты с самовыравниваем, но этого мало. Вы помните, что мы ввели также понятие W(t) = y(t)/x(t) — передаточная характеристика объекта или системы.
Так вот, в зависимости от характеристик объекта, их делят на несколько типов и называют звеньями.
Пропорциональное или усилительное (безинерционное) звено:
y (t) = K x(t).
Его переходная характеристика h(t) будет выглядеть так:
Интегрирующее звено:
Td y(t)/dt = X(t)
Переходная будет выглядеть так:
Инерционное или апериодическое звено 1-го порядка.
Формула его Td y(t)/dt + y(t) = K x(t).
Тогда график получится следующий:
У нас уже в большинстве случаев апериодическое звено с запаздыванием.
А дальше, в зависимости от ?/T существуют просто формулы:
Т. е. мы знаем, что в большинстве случаев мы управляем:
1) Объектами с самовыравниванием.
2) Как звенья — это апериодические звенья с запаздыванием.
3) Управляем с помощью одноконтурных замкнутых или каскадных систем управления.
4) Используем ПИ-законы регулирования.
А вот теперь надо остановиться и еще раз все прочитать с самого начала. Все, что было до этого — это “таблица умножения” в области теории автоматического управления.
На следующем уроке мы начнем рассматривать технические средства автоматизации (датчики, контроллеры, исполнительные механизмы, щиты управления).
А на сегодня все. Пока.