- •Глава 2 общие сведения об измерениях и приборах
- •§ 1. Понятие об измерениях
- •§ 2. Физические величины и их единицы
- •§ 3. Погрешность результата измерения и источники ее появления
- •§ 4. Классификация средств измерении
- •§ 5. Погрешности средств измерений и классы точности
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3 государственная система промышленных приборов и средств автоматизации
- •§ 1. Принципы построения
- •§ 2. Характеристика ветвей гсп
- •§ 3. Преобразователи с унифицированными сигналами
- •Контрольные вопросы
- •Системы дистанционных измерении
- •§ 1. Назначение и классификация методов дистанционной передачи
- •§ 2. Электрические системы и преобразователи с естественными сигналами
- •§ 3. Вторичные приборы электрических и пневматических систем дистанционных измерений
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5 измерение давлении и разрежении
- •§ 1. Основные определения и классификация приборов
- •§ 2. Деформационные манометры
- •§ 3. Электрические манометры
- •§ 4. Скважинные манометры
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6 измерение температур
- •§ 1. Температурная шкала
- •§ 2. Термометры манометрические
- •§ 3. Электрические термометры сопротивления
- •§ 4. Измерение средней температуры нефти и нефтепродуктов в резервуарах
- •§ 5. Измерение температуры в скважинах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7 измерение расхода жидкости, пара и газа
- •§ 1. Определение и классификация методов измерения
- •§ 2. Объемные расходомеры
- •§ 3. Расходомеры переменного перепада давления
- •§ 4. Расходомеры постоянного перепада давления
- •§ 5. Расходомеры переменного уровня
- •§ 6. Тахометрические расходомеры
- •§ 7. Вибрационный массовый расходомер
- •§ 8. Электромагнитные расходомеры
- •§ 9. Измерение расхода в скважине
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8 измерение уровня жидкостей в емкостях и скважинах
- •§ 1. Назначение и классификация приборов
- •§ 2. Поплавковые и буйковые уровнемеры
- •§ 3. Пьезометрические уровнемеры
- •§ 4. Измерение уровня жидкости в скважинах
- •Акустический метод измерения уровня в скважинах
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9 измерение физических свойств веществ и примесей
- •§ 1. Измерение плотности
- •§ 2. Измерение вязкости
- •§ 3. Анализаторы содержания воды в нефти
- •§ 4. Анализаторы содержания солей в нефти
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10 контроль процессов бурения скважин
- •§ 1. Параметры контроля процессов бурения скважин
- •§ 2. Автономные измерительные установки. Измерение осевой нагрузки на забой
- •Измерение крутящего момента
- •§ 3. Системы наземного контроля процесса бурения
- •Преобразователи
- •§ 4. Каналы связи дистанционного контроля глубинных параметров бурения
- •§ 5. Устройства дистанционного контроля глубинных параметров бурения с электрическим каналом связи
- •§ 6. Устройства дистанционного контроля глубинных параметров бурения с гидравлическим каналом связи. Индикатор осевой нагрузки
- •Контрольные вопросы
- •Часть вторая системы автоматического регулирования и средства автоматизации
- •Глава 11
- •Основные понятия теории автоматического регулирования
- •§ 1. Система автоматического управления
- •§2. Обратные связи
- •§ 3. Разомкнутые и замкнутые сау
- •§ 4. Принцип действия системы автоматического регулирования
- •§ 5. Классификация систем автоматического регулирования
- •§ 6. Требования, предъявляемые к cap
- •§ 7. Понятие статической характеристики
- •§ 8. Понятие динамических характеристик
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12 расчет систем автоматического регулирования
- •§ 1. Типовые динамические звенья
- •§ 2. Способы соединения звеньев
- •§3 Понятия устойчивости системы
- •§ 4. Критерии устойчивости
- •§ 5. Оценка качества процесса автоматического регулирования
- •§ 6. Свойства объектов автоматического регулирования
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13 общие сведения об автоматических регуляторах
- •§ 1. Классификация автоматических регуляторов
- •§ 2. Математические модели регуляторов
- •§ 3. Регуляторы прямого действия
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14 пневматические регуляторы
- •§ 1. Основные особенности пневматических регуляторов
- •§ 2. Унифицированная система элементов промышленной пневмоавтоматики (усэппа)
- •§ 3. Основные регулирующие устройства и вторичные приборы системы старт
- •Контрольные вопросы
- •Глава 15 исполнительные устройства
- •§ 1. Общая характеристика и классификация
- •Исполнительных устройств
- •§ 2. Регулирующие органы
- •§ 3. Исполнительные механизмы
- •§ 4. Основные характеристики и расчет исполнительных устройств
- •Контрольные вопросы
- •Глава 16 построение функциональных систем автоматизации технологических процессов
- •§ 1. Состав технической документации по автоматизации технологического процесса
- •§ 2. Условные обозначения средств автоматизации по конструктивному принципу
- •§ 3. Условные обозначения средств автоматизации по функциональному признаку приборов и устройств
- •§ 4. Функциональные схемы автоматизации
- •Глава 17
- •§ 1.Теоретические основы автоматического
- •§ 2. Фрикционные и гидравлические устройства подачи долота
- •§ 3. Электромашинные устройства подачи долота
- •§ 4. Забойные устройства подачи долота
- •Контрольные вопросы
- •Глава 18 автоматизация добычи и промыслового сбора нефти и нефтяного газа
- •§ 1 Характерные особенности нефтедобывающих предприятии и основные принципы их автоматизации
- •§ 2. Типовая технологическая схема автоматизированного нефтедобывающего предприятия
- •§ 3. Автоматизация нефтяных скважин
- •§ 4. Автоматизированные групповые измерительные установки
- •§ 5. Автоматизированные сепарационные установки
- •§ 6. Автоматизированные блочные дожимные насосные станции
- •Глава 19 автоматизация подготовки и откачки товарной нефти
- •§ 1.Характеристика технологического процесса и задачи автоматизации
- •§ 2. Автоматизированные блочные установки подготовки нефти
- •§ 3. Автоматическое измерение массы товарной нефти
- •§ 4. Автоматизация нефтеперекачивающих насосных станций
- •Контрольные вопросы
- •Глава 20 автоматизация объектов поддержания пластовых давлении
- •§ 1. Характеристика системы поддержания пластовых давлений (ппд)
- •§ 2. Автоматизированные блочные установки для очистки сточных вод и автоматизация водозаборных скважин
- •§ 3. Автоматизированные блочные кустовые насосные станции
- •Контрольные вопросы
- •Глава 21 автоматизация добычи и промысловой подготовки газа
- •§ 1. Характеристика газовых и газоконденсатных промыслов как объектов автоматизации
- •§ 2. Автоматическое управление добычей промысла
- •§ 3. Автоматическое управление процессом низкотемпературной сепарации газа
- •§ 4. Автоматизация абсорбционного процесса осушки газа
- •Контрольные вопросы
- •Глава 22 основные элементы и узлы комплекса технических средств асу тп
- •§ 1. Назначение и общие принципы организации асу тп
- •§ 2. Основные элементы систем телемеханики и вычислительной техники
- •§ 3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •Контрольные вопросы
- •Глава 23 основы вычислительной техники
- •§ 1. Общие сведения об эвм
- •§ 2. Принципы построения и области применения цвм
- •§ 3. Процессоры
- •§ 4. Запоминающие устройства
- •§ 5. Устройства ввода-вывода
- •§ 6. Порядок решения задачи на цвм
- •Контрольные вопросы
- •Глава 24 телемеханизация технологических процессов добычи нефти и газа
- •§ 1. Понятие об агрегатной системе телемеханической техники
- •§ 2. Телемеханизация нефтедобывающих предприятий
- •§ 3. Телемеханизация газодобывающих предприятий
- •§ 4. Микропроцессоры и некоторые перспективы их применения в нефтяной и газовой промышленности
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Оглавление
§ 5. Оценка качества процесса автоматического регулирования
Устойчивость системы автоматического регулирования — необходимое, но не достаточное условие рациональности ее применения. В частности, устойчивая система может оказаться недостаточно точной, переходный процесс в ней может затухать слишком медленно и т. д.
Комплекс требований, определяющих характер поведения системы в переходном и установившемся режиме под влиянием различных воздействий, объединяется понятием качества процесса автоматического регулирования.
Поскольку характер переходного процесса зависит от вида возмущающего воздействия, при анализе качества процесса автоматического регулирования задаются определенными параметрами возмущающих воздействий. В качестве такого воздействия наиболее часто применяют ступенчатую функцию. Для этого введены специальные показатели качества процесса регулирования.
Качество процесса регулирования в установившемся режиме при ступенчатом воздействии оценивается статической ошибкой регулирования δст. При этом принято различать статические и астатические системы.
При статическом регулировании (рис. 12.15,а) выходная величина системы под воздействием типа ступенчатой функции стремится к новому установившемуся значению и, следовательно, регулирование происходит со статической ошибкой δст.
При астатическом регулировании (рис. 12.15,6) выходная величина системы под воздействием типа ступенчатой функции стремится к прежнему установившемуся значению Хвыхо и, следовательно, статическая ошибка регулирования δст равна нулю.
Качество процесса регулирования в переходном режиме при ступенчатом воздействии оценивается следующими показателями (рис. 12.15,а, б).
1. Время регулирования tp (время переходного процесса), В линейных системах время регулирования теоретически равно бесконечности. При практических расчетах временем регулирования считают время, по истечении которого выходная величина отклоняется от установившегося значения не более чем на δр—заданную точность регулирования.
2. Максимальное относительное отклонение δм от установившегося значения. Для статических систем (рис. 12.15,а)
3. Колебательность переходного процесса, которая представляет собой число колебаний выходной величины около установившегося значения за время регулирования tp. Если р=(σ+jω)-корень характеристического уравнения системы, то колебательность
4. Степень затухания переходного процесса характеризует относительное уменьшение последующей амплитуды по сравнению с предыдущей, выраженное в процентах:
При наличии в реальных возмущающих воздействиях периодических составляющих качественные оценки, установленные для систем, подверженных ступенчатым воздействиям, становятся недостаточными.
При гармонических возмущениях практикой установлен в качестве критерия качества показатель колебательности М. Для определения этого показателя по уравнению амплитудно-фазовой характеристики замкнутой системы Wзам(jω) находят амплитудно-частотную характеристику А (ω) исходя из соотношения
Если построить график амплитудно-частотной характеристики, то показатель колебательности М определится как отношение максимального значения амплитуды Аmах(ω) к значению амплитуды А(0) при 0:
Чем больше значение М, тем более система склонна к колебаниям.
Опыт показал, что показатель колебательности М может быть использован и для анализа качества систем при непериодических возмущениях. В частности, если М≤(1,3—1,5), то качество переходного процесса удовлетворительно и при ступенчатых воздействиях.
Для того чтобы непосредственно оценить качество регулирования, необходимо построить график переходного процесса.
Так как процесс автоматического регулирования в замкнутой системе при заданном возмущающем воздействии описывается неоднородным (с правой частью) линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами, то, найдя решение этого уравнения, можно построить график переходного процесса и определить его качество. Методы определения качества путем непосредственного решения дифференциального уравнения системы называются прямыми методами. Они самые точные, но весьма трудоемки. Поэтому в теории автоматического регулирования наиболее распространены косвенные методы оценки качества. Рассмотрим частотный метод оценки качества CAP.
Метод основан на том, что между переходным процессом и частотной характеристикой замкнутой системы существует определенная связь.
Как известно, амплитудно-фазовую характеристику замкнутой системы можно представить в виде суммы:
где Рзам(ω) —вещественная частотная характеристика (ВЧХ) замкнутой системы; Qзам(ω)—мнимая частотная характеристика (МЧХ) замкнутой системы.
При скачкообразном изменении входной величины переходный процесс и ВЧХ замкнутой системы связаны соотношением
Чтобы получить уравнение переходного процесса, необходимо в соотношение (12.114) подставить аналитическое выражение Рзам(ω) и проинтегрировать. Учитывая сложность вычисления такого интеграла, в практических расчетах применяют приближенные методы построения кривой переходного процесса, основанные на аппроксимации вещественной частотной характеристики отрезками горизонтальных и наклонных прямых. Наиболее распространен метод, при котором вещественная частотная характеристика представляется в виде суммы нескольких трапеций.
Пусть замкнутая система имеет вещественную частотную характеристику, изображенную на рис. 12.16,а.
Аналитически трапецеидальную вещественную частотную характеристику (рис. 12.16,г) можно выразить так:
Это соотношение подставляется под знак интеграла соотношения (12.114), после чего находят выражение для переходного процесса, определяемого этой трапецией. Повторив эту операцию для других трапеций, можно получить соответствующие им выражения для переходных процессов.
Для удобства подобных вычислений составлены таблицы ординат переходных процессов для типовых трапеций на основании выражения (12.114). Тогда, представив вещественную частотную характеристику замкнутой системы в виде суммы трапеций, можно определить с помощью таблиц ординаты соответствующих им переходных процессов, а просуммировав эти ординаты, получить график переходноге процесса всей системы.
В частности, для ВЧХ, изображенной на рис. 12.16,а, аппроксимация трапециями и переходный процесс показаны на рис. 12.16,б, в. По графику переходного процесса можно определить показатели его качества.