1.20. Самовыравнивание объектов регулирования: характеристики, примеры.
Состояние объекта может быть нарушено в результате изменения материальных или энергетических потоков (притока или стока), т. е. нанесением на объект возмущающих воздействий. При этом выходные величины будут увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, что окажется больше — приход или расход. По способности восстанавливать равновесное состояние после нанесения на объект возмущающего воздействия объекты делят на нейтральные, устойчивые, неустойчивые.
1.19
1.21. Объекты регулирования с сосредоточенными параметрами и с распределёнными параметрами. Особенности регулирования объектов с распределёнными параметрами.
Объектами с сосредоточенными параметрами называют такие, в которых в состоянии равновесия регулируемые величины практически имеют одинаковые значения по всему объему объекта. Примерами могут служить химический реактор идеального смешения, резервуар со свободным истечением жидкости, газгольдер и т. д.
Объекты управления с сосредоточенными параметрами, свойства которых не изменяются во времени, называются стационарными и описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Дифференциальные уравнения дополняются начальными условиями.
Объектами с распределенными параметрами называют такие, в которых значение регулируемых величин в различных точках объекта неодинаково. Основные переменные процесса в объекте с распределенными параметрами изменяются и во времени, и в пространстве. Примерами объектов с распределенными параметрами являются трубчатые реакторы, массообменные колонные аппараты (ректификационные, дистилляционные, абсорбционные, экстракционные), кожухотрубные теплообменники, теплообменники «труба в трубе».
Задачи управления системами с распределенными параметрами являются существенно более сложными, нежели задачи управления системами с сосредоточенными параметрами (ССП) ввиду ряда принципиальных особенностей:
Состояние объектов с распределенными параметрами описывается дифференциальными уравнениями не в обыкновенных, а в частных производных, а также интегральными системами уравнений и «гибридными системами» уравнений.
По сравнению с ССП принципиально расширяется класс управляющих воздействий, прежде всего за счет включения в их число пространственно-временных управлений, описываемых функциями нескольких переменных.
Задача реализаций систем управления объектами с распределенными параметрами резко усложняется (по сравнению с ССП) как за счет необходимости осуществления пространственно-распределенного контроля состояния объекта и использования соответствующих сигналов обратных связей, так и за счет необходимости синтеза регуляторов с пространственно-распределенными управляющими воздействиями.
1.22. Выбор закона действия регулятора и параметров его настройки в зависимости от свойств объекта регулирования.
Основными факторами, определяющими законы регулирования и его настройки, являются статические и динамические характеристики объекта регулирования и требования технологии к качеству регулирования.
Тип регулятора выбирают исходя из значений отношения τзап /Т.
Влияние на структуру и закон регулирования:
< 0,2 - подойдут двухпоз. регуляторы
- линейный закон. При этом, для отношений:
0,2
- 0,4 - П-закон
0,4 - 0,7 - ПИ-закон
1 -
ПИД-закон
> 1 - необходимы многоконтурные САР.
Для выбора закона регулирования и расчета настроек регулятора необходимо знать:
1) параметры объекта регулирования;
2) максимально возможное возмущение в системе со стороны регулирующего органа.
В зависимости от технологических требований выбирают тип переходного процесса: 1) допустимое время регулирования; 2) допустимую статическую ошибку; 3) допустимое динамическое отклонение.
Затем рассчитывают динамический коэффициент регулирования.
Находят точку, соответствующую определенному закону регулирования. Точка может принадлежать не одному, а нескольким законам регулирования. Затем определяют параметры настроек регулятора.
После этого производится проверка времени регулирования и статической ошибки. Если они не удовлетворяют исходным требованиям, меняют закон регулирования или тип переходного процесса.
пропорциональный закон (П-закон) используется для объектов управления с положительным самовыравниванием и без самовыравнивания (нейтральные) при небольших изменениях входных величин;
интегральный закон (И-закон) нельзя использовать для объектов с отрицательным самовыравниванием (большое самовыравнивание) и объектов без самовыравнивания (нейтральные). При этом, запаздывание должно быть мало;
пропорционально-интегральный закон (ПИ-закон) используется для объектов управления с положительным самовыравниванием и без самовыравнивания (нейтральные) при больших, но плавных нагрузках (для объектов, где необходима большая точность);
пропорционально-дифференциальный (ПД-закон) и пропорционально-интегрально-дифференциальный закон (ПИД-закон) используются для объектов с большим запаздыванием и большой инерционностью, при этом в объекте частое изменение входных величин.