Проектирование автоматической системы управления температурным режимом печи пиролиза П-101 установки (стр. 7 из 16)
По сравнению с одноконтурными системами, каскадные АСР обеспечивают следующие преимущества:
· существенное (в 1,5-20 раз) улучшение качества управления при отработке возмущений и незначительное (в 1,5-2 раза) – при учете отработки управляющих воздействий;
· поддержание управляемого (основного) параметра на заданном значении с высокой степенью точности при большом запаздывании объекта управления;
· быструю компенсацию возмущений, воздействующих на стабилизирующий (внутренний) контур регулирования, вследствие чего эти возмущения не приводят к отклонению управляемого параметра от заданного значения;
· существенное улучшение качества управления при возмущениях, приложенных к элементам объекта управления, не охваченным стабилизирующим контуром регулирования, достигаемое за счет более высокой собственной частоты каскадных АСР;
· существенное уменьшение фазового сдвига во внутренней части объекта управления вследствие образования стабилизирующего контура регулирования, что повышает быстродействие корректирующего (внешнего) контура;
· компенсацию изменения коэффициента передачи внутренней части объекта управления путем изменения коэффициента передачи стабилизирующего контура регулирования;
· требуемую подачу вещества или энергии в объект управления.
Система автоматизации, обеспечивающая выполнение задачи регулирования с учетом особенностей объекта и технологического процесса, изображена на рисунке 4.2.
Рис. 4.2. Схема автоматизации объекта.
В соответствии с поставленной в дипломном проекте задачей произведем структурный синтез двухконтурной каскадно-связанной АСР. АСР, подлежащая синтезу, изображена на рисунке 4.3.
Рис. 4.3. Структурная схема каскадно-связанной АСР, поддерживающей требуемую температуру продукта на выходе из печи П-101.
Выбранная система регулирования, включает два регулятора – основной (внешний) регулятор, служащий для стабилизации основного выхода объекта
, и вспомогательный (внутренний) регулятор, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты 
. В такой системе выходной сигнал одного из регуляторов направляется на другой в качестве задания.4.3 Расчет одноконтурных АСР
Для расчета АСР, необходима математическая модель объекта управления, т.е. уравнения, которые описывают процессы, происходящие в системе, поэтому, исходными данными для расчетов АСР, послужили результаты исследований объекта раздела "Идентификация объекта управления".
Структурная схема одноконтурной АСР имеет вид:
Рис. 4.4. Структурная схема одноконтурной АСР.
4.3.1 Расчет одноконтурной АСР температуры на выходе печи.
Произведем расчет оптимальных настроек регулятора одноконтурной АСР температуры на выходе в прикладной программе LinRegTV:
Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):
·
·
·
;·
;·
;·
.АЧХ одноконтурной АСР температуры на выходе печи представлены ниже (см. также Приложение Г):
Рис. 4.5. АЧХ одноконтурной АСР температуры на выходе печи.
Расчет оптимальных настроек регулятора, работающего по ПИ-алгоритму, произведен методом Ротача:
·
;·
;·
;·
;·
.4.3.2 Расчет одноконтурной АСР расхода топливного газа
Произведем расчет оптимальных настроек регулятора одноконтурной АСР расхода топливного газа в прикладной программе LinRegTV:
Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):
·
·
·
;·
;·
;·
.АЧХ одноконтурной АСР расхода топливного газа представлены ниже (см. также Приложение Д):
Рис. 4.6. АЧХ одноконтурной АСР расхода топливного газа.
Расчет оптимальных настроек регулятора, работающего по ПИ-алгоритму, произведен методом Ротача:
·
;·
;·
;·
;·
.Поскольку основной целью дипломного проекта является поддержание и стабилизация температуры на выходе печи, то мы рассмотрим только переходные процессы изменения данной температуры в зависимости от величины задания и возмущения.
Ниже на рисунках показано, как смоделированные нами одноконтурные системы регулирования температуры отрабатывают 5% задание и возмущение.
Рис. 4.7. Выход АСР температуры продукта при отработке задания.
Рис. 4.8. Выход АСР температуры продукта при отработке возмущения.
На рисунке 4.9 изображена модель одноконтурной АСР температуры в пакете Simulink программы MATLAB.
Рис. 4.9. Модель одноконтурной АСР температуры продукта на выходе печи.
Для повышения качества регулирования необходим переход от одноконтурной АСР к более сложной системе. Такая система кроме обычного стандартного регулятора содержит вспомогательное устройство – дополнительный регулятор. В качестве более сложной АСР возьмем каскадную систему, так как один из объектов обладает большей инерционностью по каналу регулирования по отношению к другому объекту.
4.4 Расчет каскадной АСР
Каскадные системы применяют для автоматизации объектов, обладающих большой инерционностью по каналу регулирования, если можно выбрать менее инерционную по отношению к наиболее опасным возмущениям промежуточную координату и использовать для нее то же регулирующее воздействие, что и для основного выхода объекта.
В этом случае в систему регулирования включают два регулятора — основной (внешний) регулятор, служащий для стабилизации основного выхода объекта уi, и вспомогательный (внутренний) регулятор, предназначенный для регулирования вспомогательной координаты уi. Заданием для вспомогательного регулятора служит выходной сигнал основного регулятора.
Выбор законов регулирования определяется назначением регуляторов:
для поддержания основной выходной координаты на заданном значении без статической ошибки закон регулирования основного регулятора должен включать интегральную составляющую; от вспомогательного регулятора требуется прежде всего быстродействие, поэтому он может иметь любой закон регулирования (в частности пропорциональный как наиболее простой и достаточно быстродействующий).
Рис. 4.10 структурная схема каскадной АСР
Сравнение одноконтурных и каскадных АСР показывает, что вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной АСР повышается качество переходного процесса, особенно, при компенсации возмущений, поступающих по каналу регулирования как будет показано ниже, при этом инерционность эквивалентного объекта благодаря внутреннему контуру снижается по сравнению с инерционностью основного канала регулирования.
Рассчитываем каскадную АСР и определяем настройки основного и вспомогательного регуляторов при заданных динамических характеристиках объекта по основному и вспомогательному каналам:
1) Рассчитываются настройки стабилизирующего регулятора.
2) Определяются параметры корректирующего регулятора, для которого объектом является эквивалентный объект.
Эквивалентный объект включает в себя передаточную функцию системы по каналу температуры и одноконтурную САР расхода топливного газа. На рис. 4.10 представлена модель эквивалентного объекта в пакете Simulink программы MATLAB, а на рисунке 4.11 – кривая разгона эквивалентного объекта.