матлаб. 4 Вибір закону регулювання
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
4.1. Вибір закону регулювання Для систем регулювання, застосовуються регулятори, що реалізовують наступні закони регулювання:
П - регулятори можуть застосовуватися як для об'єктів з самовирівнюванням, так і без самовирівнювання в тих випадках коли необхідна висока точність регулювання при великих, але плавних змінах навантаження. Ці регулятори, відрізняючись простотою конструкції, дозволяють стійко і без залишкової нерівномірності регулювати роботу великого числа промислових об'єктів. З цієї причини вони набули найбільшого поширення на практиці. Керуючись цим вибираємо для регулятора рівня в деаераторі П - закон регулювання. Пропорційний закон регулювання. При пропорційному законі регулювання (П - закон) регулюючий орган xрпереміщується пропорційно відхиленню регульованої величини у від заданого значення уз, тобто пропорційно розузгодженню yр:  де kр- коефіцієнт посилення регулятора. При пропорційному законі регулювання регулюючий орган переміщується пропорційно відхиленню регульованої величини від заданого значення, тобто пропорційно розузгодженню на вході регулятора. Це значить, що кожному значенню регульованого параметра в межах зони регулювання регулятора відповідає певне положення регулюючого органу. Тобто рівновага системи статичного регулювання (з П - регулятором) може бути при різних значеннях регульованої величини. Рис. 4.1. Пропорційний регулятор Особливістю П - регулятора є наявність помилки регулювання (статична помилка ∆0, ∆1, ∆2, ∆3), фізична природа якої пояснюється тим, що переміщення регулюючого органу можливо тільки за рахунок відхилення регульованої величини, яке і утворює цю помилку. При значному коефіцієнті посилення статична помилка може бути зменшена, але при цьому виникає небезпека виникнення коливального процесу в перехідних режимах. Гідністю П - регулятора є швидкодія, відносна простота і зручність настроювання. 4.2. Структурна схема САР Технологічні схеми сучасних АЕС відрізняються значною різноманітністю. Відповідно різні і їх схеми регулювання. Проте в багатьох схемах можна виділити агрегати, що виконують схожі технологічні завдання, принципи управління якими також близькі. Розглянемо структурну схему САР.  Рис. 4.2. Структурна схема регулювання рівня:  
Задаючий пристрійЗП чинить дію g(t) на вхід системи. При цьому величина задаючої дії відповідно до завдання може бути постійною, якщо необхідно підтримувати постійне задане значення регульованої величини, або змінюватись по певному закону, якщо в технологічному процесі по цьому закону повинна змінюватися регульована величина. У САР регульована величина порівнюється із задаючою величиною в сумуючому пристрої СП. Зачорнений сектор в графічному зображенні сумуючого пристрою, означає, що вхідна в цей сектор дія подається із зворотним знаком. Завдяки цьому при значенні регульованої величини, рівному заданому, на вхід підсилювача системи сигнал не поступає, і система знаходиться в рівновазі. У разі нерівності значення сигналу заданому розузгодження (помилка) подається на вхід підсилювача системи, яка реагує на це так, щоб розузгодження зменшувалося. Зворотний зв'язок, направлений з виходу системи до її входу, називають головним зворотним зв'язком. Оскільки в САР регулююча дія утворюється як результат відхилення регульованої величини (вихід системи), то головний зворотний зв'язок є завжди негативним. П-рег. виробляє вид (закон) дії на регульовану величину з таким розрахунком, щоб щонайшвидше її привести до заданого значення. Виконавчий механізм ВМчерез регулюючий орган РО відповідно до виробленого закону регулювання впливає на об'єкт регулювання ОР, відновлюючи задане значення регульованої величини. На вхід приведеного об'єкту регулювання подається регулююча дія xp(t) від виконавчого механізму ВМ, а його виходом є виміряне значення x(t) регульованої величини. Оскільки важливим параметром функціонування нашої установки є рівень «L» води в деаераторі підживлення, то далі ми розглядатимемо схему автоматичного регулювання рівня. 4.3. Розрахунок параметрів контуру регулювання рівня в деаераторі підживлення До складу САР, що розраховується входять наступні елементи:
Для розрахунку параметрів передаточних функцій елементів САР використаємо наступні вихідні дані:
Рис. 4.3. Функціональна схема автоматизації рівня в деаераторі Розглянемо питання вибору закону регулювання. Як об'єкт регулювання рівня, деаератор є герметичним баком з насосом на зливі, тобто не володіє самовирівнюванням. Його передаточна функція W(S) = K/S. Застосування ПІ-закону регулювання для такого об'єкту приводить до тривалого коливального процесу регулювання, що небажано. Крім того, для деаератора допускається нерівномірність регулювання. Тому застосуємо П-закон регулювання, який реалізується обхватом ПІ-регулятора жорстким зворотним зв'язком по положенню регулюючого органу. Рівень в деаераторі вимірюється перетворювачем САФІР 22, сигнал від якого поступає на регулятор, де порівнюється з сигналом завдання. Таким чином, на вхід регулятора поступають два сигнали: по рівню в деаераторі і по положенню клапана. Настройкою регулятора є "коефіцієнт пропорційності" для вказаних двох входів. При регулюванні рівня води в деаераторі П-регулятором передаточна функція замкнутої системи регулювання за збурюючим (витрата води) каналом описується передаточною функцією, як було сказано вище (W(S) = K/S), об’єкта регулювання за каналом, зміна положення клапана на вході – зміна рівня на виході має вигляд:  де:   Обрахуємо площу дзеркала рідини в деаераторі. Оскільки деаератор має циліндричну форму і внутрішній радіус рівний DД = 2.98 м то після підстановки значень отримаємо:  Площа перерізу вхідного трубопроводу:  Стала об’єкта:   Коефіцієнт передачі клапана визначається як відношення зміни площі поперечного перетину до зміни ходу штока клапана:  Коефіцієнт передачі виконавчого механізму визначається як відношення зміни ходу вихідного штока до зміни керуючої напруги:  Коефіцієнт передачі датчика рівня визначається як відношення зміни вихідної напруги до зміни рівня в резервуарі:  Коефіцієнт передачі потенціометричного перетворювача положення клапана визначається як відношення зміни вихідної напруги до зміни положення штоку:  4.4. Моделювання перехідного процесу та оптимізація параметрів регулятора САР Отримаємо перехідний процес в замкненій САР з використанням пакету Matlab та визначимо показники якості перехідного процесу. Структурна схема досліджуваної САР рівня в середовищі Simulink має вигляд рис. 4.4.  Рис. 4.4. Simulink – модель САР рівня в деаераторі Встановивши значення коефіцієнтів регулятора Кр=20 отримаємо перехідний наступний процес:  Рис. 4.5. Перехідна характеристика АСР до оптимізації З графіка знаходимо: час регулювання Tр=94 с; перерегулювання  ;кількість коливань n=0 Для зменшення часу регулювання скористаємось процедурою оптимізації NCD-Blocksetпакету Matlab Simulink. Інструментальний пакет Nonlinear Control Design Blockset (NCD-Blockset) надає в розпорядження користувача графічний інтерфейс для настройки параметрів динамічних об’єктів, які забезпечують оптимальність перехідних процесів. За допомогою даного інструмента можна настроювати параметри нелінійної Simulink – моделі, в якості яких може бути задана будь-яка кількість змінних, включаючи вектори і матриці.  Рис. 4.6. Simulink – модель САР температури в резервуарі з використанням NCD-блоку. Задання динамічних обмежень здійснюється у візуальному режимі. На базі цих обмежень NCD-Blockset автоматично генерує задачу кінцевомірної оптимізації так, щоб точка екстремуму в просторі параметрів, які настроюються, відповідала виконанню всіх вимог, що ставляться до якості процесу. Ця задача вирішується із застосуванням спеціалізованої процедури квадратичного програмування із пакета Optimization Toolbox. Хід оптимізації контролюється на екрані з допомогою відображення графіка контрольованого процесу і поточних значень функції, що мінімізується. При завершенні процесу його результат фіксується в робочому просторі. Задача оптимізації полягає в тому, щоб вибрати такий коефіцієнт передаточної функції П – регулятора, який би забезпечував вказані вимоги до якості перехідного процесу. Параметри блоку Kp задамо змінною величиною, а саме: Kp (рис. 4.7.). У командному вікні MatLab задамо початкові значення змінних: Kp=1.  Рис. 4.7. Вікна встановлення параметрів П регулятора Таким чином ми сформували Simulink-модель об’єкта управління і тепер можемо приступити до задання обмежень, які накладаються на вихід системи, тобто блок Transfer Fcn. Відкриваємо вікно блока NCD Outport, двічі клацнувши по ньому:  Рис. 4.8. Вікно блоку NCD Outport Встановимо коридор, в межах якого повинен знаходитись сигнал блока NCD Outport у відповідності з вимогами задачі.  Рис. 4.9. Параметри коридору для обмеження системи Наші вимоги: - замкнута система має перерегулювання менше 30% (від 0,9 до 1,1); - час перехідного процесу менше 30 секунд. Після 50 секунд встановлене значення коливається в межах 1% (від 0,99 до 1,01). Далі вибираємо пункт меню Optimization\ Parameters. При цьому відкривається вікно (рис. 4.10.), в якому необхідно вказати назви оптимізуючих параметрів: Kp в полі Tunable Variables. В цьому ж вікні змінимо значення поля Discretization interval на 0.1 і поставимо "галочку" напроти поля Stop optimization as soon as the constraints are achieved (для закінчення процесу оптимізації після того, як виконані всі обмеження).  Рис. 4.10. Вікно Optimization Parameters Тепер все готове для процесу оптимізації. Натискаємо кнопку Start у вікні блока NCD Outport і спостерігаємо за розвитком процесу: для кожного етапу оптимізації у вікні відображаються графіки сигналу (рис. 4.11.), які відповідають початковим (білого кольору) і поточним (зеленого кольору) значенням параметрів, що настроюються. При цьому у командному вікні MatLab відображається інформація про хід оптимізації. Після закінчення процесу оптимізації, оптимальні значення параметрів, які відповідають зеленій кривій зберігаються в робочому просторі MatLab, в даному випадку, це: kp =57.  Рис. 4.11. Етапи оптимізації Встановивши оптимальні значення регулятора отримаємо перехідний процес з заданими показниками якості регулювання (рис. 4.12.)  Рис. 4.12. Перехідний процес системи з оптимальними параметрами налаштування П - регулятора З графіка знаходимо: Tр hmax час регулювання Tр=82 с; перерегулювання  ;кількість коливань n=0 Висновок: параметри якості перехідного процесу задовольняють вимогам до систем автоматичного регулювання.  Выбор закона регулирования Для систем регулирования, применяются регуляторы, реализующие следующие законы регулирования: ах пропорциональный (П); ах интегральный (И); ах дифференциальный (Д) ах пропорционально - интегральный (ПИ); ах пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПОД); ах позиционный. | |||||||||||||||||||||||||||