Учебное пособие КТС

γ	=	t ИМП	,
		Т ПЕР
где	ТПЕР = tИМП+tПАУЗ;			tИМП – длительность	импульса;

tПАУЗ - длительность паузы.

Во время поступления импульса ИМ будет перемещаться с постоянной скоростью S0= dμ/dτ = tgα, а во время пауз ИМ будет неподвижен (рис.44.)

Средняя скорость перемещения РО (SСР) будет равна:

S

СР

= tgb =

tИМП ×S0

= g ×S .

TПЕР

0

Z

ТПЕР

tИМП

tПАУЗ

ZH

Рис.44. Характер переме-

τ

щения ИМ постоянной скоро-

μ

сти при поступлении на его

вход серии постоянных им-

пульсов

α β

τ

Модель цепи управления строится из следующих элементов: 1) элемента, формирующего импульсы напряжения ZН с пе- риодом следования ТПЕР и скважностью в зависимости от величи-

ны входного сигнала:

γ= tИМП ;

ТПЕР

2)пускового устройства;

3)исполнительного механизма.

В качестве элемента, формирующего импульсы переменной скважности в зависимости от величины входного сигнала, исполь- зуем алгоритм ИМП – «импульсатор».

Для моделирования пускового устройства можно использо- вать алгоритм "ПЕР – переключатель с дискретным управлением".

143

Исполнительный механизм моделируется двумя алгоритма- ми: "ИНТ – интегрирование" и "ОГР – ограничение". Алгоритм ИНТ используется для суммирования (интегрирования) импульсов, поступающих с импульсатора ИМП. Алгоритм "ОГР- ограничение" моделирует концевые выключатели исполнительного механизма.

Схема конфигурации вышеперечисленных алгоритмов для моделирования цепи управления исполнительным механизмом приведена на рис.45.

Программирование контроллера Р-130 производится в про- цедурах "Алгоблоки", "Конфигурирование", "Настройка". Самостоя-

тельно для этих процедур заполняются соответственно таблицы "Состав конфигураций", "Конфигурирование алгоблоков" и "На- стройка алгоритмов".

Параметры настройки алгоритмов по вариантам приведены в табл. 40.

	01− ИМП61− −00						Х1	02 − ПЕР57 − 02						03−ИНТ33−−00					04	− ОГР 47
Х		01	01	DБ				01	01		Y	X(к)			01	01	Y(к) X(к)		01	01	Y(к)
							С1
								02
ТПЕР				DН			Х2						ТИ					XВ	02
								03
		02	02												02
							С2										XН
								04											03

Рис.45. Модель управления ИМ постоянной скорости

3. Порядок выполнения работы

Работа выполняется с помощью пульта настройки ПН-21.

1.Включить установку.

2.Включить пульт настройки переведя выключатель пульта расположенный с обратной стороны пульта настройки в положение

"Вкл".

3.Перейти в режим программирования путем одновремен-

ного нажатия клавиш ↓ + → и произвести обнуление контроллера. 4. Выполнить процедуры: "Алгоблоки", "Конфигурирование" и "Настройка", используя заполненные самостоятельно заранее таблицы. Данные по настроечным коэффициентам получить у

преподавателя.

Табличные данные заносить в оперативную память построч- но. Вызов каждого параметра производится нажатием клавиши −

144

ПН-21. Изменение параметра производится с помощью клавиш D и Ñ (соответственно увеличение и уменьшение вводимого парамет- ра), последнее нажатие клавиши - для каждого параметра – за- пись в оперативную память.

5. Установить на входе 01 алгоритма ИМП 10%, перейти в режим "Работа" с помощью одновременного нажатия на клавиши ¯ + ¬ и снять пусковую характеристику ИМ. Для этого необходимо очень быстро после перехода в режим "Работа" с помощью кла- виш ¬ и ® выбрать процедуру "ВЫХ", в поле N1 набрать номер алгоблока 04 и в поле N2 номер его выхода 01. Данные характери- стики снимать через время (5-10 с), равное или кратное периоду следования импульсов ТПЕР , установленный на настроечном входе 02 алгоритма ИМП.

6. После снятия характеристики перевести контроллер в ре- жим "Программирования" и обнулить выход интегратора. Для этого выбрать процедуру "Н.УСЛ", в поле N1 задать номер алгоб- лока в котором находится алгоритм "ИНТ" (это алгоблок 03), в поле N2 установить номер выхода этого алгоблока 01, а в поле Х уста- новить нулевое значение выхода алгоблока.

7.Повторить пункты 5-6, установив на входе 01 алгоритма ИМП 20%, затем 30%. 40%, 50%,.

8.Построить на одном графике пусковые характеристики ИМ постоянной скорости.

9.Определить теоретическую среднюю скорость перемеще-

ния регулирующего органа SСР. Скорость перемещения вала ис- полнительного механизма S0 можно определить по следующей формуле:

S0 = X1 [% ед.времени]

TИ

10.По экспериментальным данным определить среднюю

скорость перемещения регулирующего органа SСР и сравнить с теоретически рассчитанной.

11.Сделать выводы по работе.

4.Оформление отчета

Отчет по выполненной лабораторной работе должен содер-

жать:

1.Краткое содержание теоретического введения.

2.Модель управления ИМ.

145

3.Таблицы "Состав конфигураций", "Конфигурирование ал- гоблоков" и "Настройка алгоритмов".

4.Графики перемещения ИМ.

5.Определение скорости перемещения вала ИМ и средней скорости перемещения РО по экспериментальным данным.

6.Расчет теоретической скорости перемещения вала ИМ, средней скорости перемещения РО и сравнение с эксперимен- тальными значениями.

7.Вывод по работе.

						Таблица 40
		Варианты задания
Вариант	ТПЕР	Х1, %	Х2,%	ТИ,с	ХВ,%		ХН,%
1	2	+100	-100	30	100		0
2	2,5	+100	-100	35	100		0
3	3	+100	-100	40	100		0
4	3,5	+100	-100	45	100		0
5	4	+100	-100	50	100		0
6	4,5	+100	-100	55	100		0
7	5	+100	-100	60	100		0
8	3	+100	-100	65	100		0
9	6	+100	-100	35	100		0
10	5	+100	-100	35	100		0
11	7	+100	-100	40	100		0
12	7	+100	-100	45	100		0
13	8	+100	-100	50	100		0
14	2,5	+100	-100	55	100		0
15	7	+100	-100	60	100		0
16	5	+100	-100	65	100		0

5.Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки

1.Какие элементы цепи управления исполнительным меха- низмом моделируются? Какие алгоритмы при этом используются?

2.Назначение настроечных входов алгоритма ИМП - импуль-

сатор.

146

3.Что такое широтно-импульсный модулятор, принцип работы

иназначение?

4.Как производится управление средней скоростью переме- щения вала исполнительного механизма?

5.Назначение концевых выключателей в цепи управления ис- полнительным механизмом постоянной скорости.

6.Что такое безударное переключение цепей управления и как оно реализовано в лабораторной работе?

7.Режимы работы алгоритмов контроллера: запрет и отклю- чение. Особенности работы алгоритмов в этих режимах?

8.Назначение процедуры начальной установки «Н.УСЛ»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Моделирование системы автоматического регулирования с ПИ-законом регулирования с участием исполнительного механизма постоянной скорости

Цель работы:

1.Моделирование системы автоматического регулирования технологическим параметром с ПИ – регулятором и исполнитель- ным механизмом постоянной скорости с использованием алгорит- мов микропроцессорного контроллера "Ремиконт" Р-130.

2.Изучение работы алгоритма "РИМ – регулирование им- пульсное", реализующего ПИ – закон регулирования.

3.Расчет оптимальных значений параметров динамической настройки контура управления.

4.Анализ показателей качества переходных процессов в кон- туре управления.

1.Общие сведения. Структурная схема модели системы автоматического регулирования

Модель системы автоматического регулирования строится из следующих звеньев: регулятора, моделей пускового устройства,

исполнительного механизма постоянной скорости и объекта управления. Структурная схема моделируемого контура управле-

ния технологическим параметром производственного процесса представлена на рис.46.

Контроллер Ремиконт Р-130 управляет исполнительным ме- ханизмом постоянной скорости с помощью командных импульсов, формируемых на дискретных выходах DБ и DМ широтно- импульсного модулятора (ШИМ). В момент, когда на одном из вы-

147

ходов ШИМ формируется импульс, то есть D=1, то в этот момент происходит вращение вала исполнительного механизма. Направ- ление вращения вала определяется тем, на каком выходе ШИМ (DБ или DМ) формируется импульсный сигнал. Величина отноше-

ния длительности импульса ТИМП к периоду следования импульсов ТПЕР, называется скважность (γ=ТИМП/ТП) определяет среднюю ско- рость перемещения вала исполнительного механизма.

ZЗ	ε	ПИ	U'	ШИМ	DБ	ИМ	U	ОБЪЕКТ	Z
					DМ
	Z

Рис.46. Структурная схема моделируемого контура управления

технологическим параметром

Сигнал U' на входе ШИМ пропорционален скважности им- пульсов, а знак этого сигнала определяет на каком выходе ШИМ будут формироваться импульсы. Если U'<0, то импульсы форми- руются на выходе DМ, если U'>0 – на выходе DБ. При U'=0 сигналы не формируются.

Таким образом, для построения контура автоматического ре-

гулирования с использованием алгоритмов контроллера Ремиконт Р-130, значение сигнала, формируемого регулирующим алгорит- мом ПИ- регулятора представляет величину направления и скоро- сти перемещения вала исполнительного механизма. Алгоритмом, обеспечивающим формирование такого сигнала, является регули- рующий алгоритм РИМ – "регулирование импульсное".

Алгоритм РИМ – регулирование импульсное

Алгоритм "РИМ" применяется для реализации любого в пре-

делах ПИД закона регулирования в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости. Алгоритм применяется в соче- тании с алгоритмами широтно-импульсного модулирования (ИВА, ИВБ, ИМП), которые преобразуют выходной аналоговый сигнал алгоритма РИМ в широтно-импульсную последовательность им- пульсов, управляющих исполнительным механизмом постоянной скорости.

148

Алгоритм содержит узел настройки, позволяющий автомати-
зировать процесс настройки регулятора. Функциональная схема
алгоритма "РИМ" представлена на рис.47.
Элемент 3, выделяющий сигнал рассогласования ε (сумма-
тор), суммирует два входных сигнала. Один из этих сигналов (на
входе 02) масштабируется в элементе 1, фильтруется (демпфиру-
ется) элементом 2 и инвертируется. Сигнал рассогласования ε на
выходе этого звена (без учета фильтра) равен ε=Х1-КМ×Х2, где КМ-
масштабный коэффициент.
Фильтр низких частот представляет инерционное звено пер-
вого порядка с передаточной функцией W(p)=1/(TФР+1), где ТФ –
постоянная времени фильтра.
	Код 21			m - отсутствует			MB = 00, 01
Х1(к) 01						Х	КП;ТИ;КД;ТМ
			ТФ		ε	ε2	ПДД	2	01	Y(к)
Х2
	02
		КМ
						4	5
КМ	03	1		2	3				02	Yε
ТФ						РАБ- Настройка
	04
Х	05				НАС	6
КП 06				ХНО
						ТФ,1
ТИ 07			YНО		ХНО
КД	08
ТМ 09						τ
СНАС 11					8	7
ХНО 12
К1	13
Рис.47. Структурная функциональная схема алгоритма РИМ

Элемент 4, реализующий функцию "зона нечувствительно- сти", не пропускает на свой вход сигнал, значение которого нахо-

дится внутри установленного значения зоны. Сигнал ε2 формиру- ется в соответствии с условием:

149

e2

= 0 при

e

£

Х

;

æ

DХ ö

2

DХ

e2

e

-

×Sign e при

e

>

,

= ç

÷

è

2 ø

2

где DХ – заданное значение зоны нечувствительности. Элемент 5 – ППД2 – имеет передаточную функцию вида:

æ

K П × Т М

ö

æ

1 + Т

И

Р + K

Д

Т 2

Р 2

ö

W (p ) = ç

÷

× ç

И

÷

,

Т И

((K

Д Т И Р 8 )+ 1 )

è

ø

èç

ø÷

ç

÷

2

(1)

(2)

где ТМ – время полного перемещения вала исполнительного меха- низма, движущегося с максимальной скоростью.

В сочетании с интегрирующим исполнительным механизмом, имеющим передаточную функцию WИМ(p)=1/TMP, общая переда- точная функция будет иметь вид:

W РЕГ	(р ) =				W (p )× W ИМ (p ) =
		æ			1		К Д Т И Р	ö
= К П	×	ç	1	+		+		÷	,	(3)
		ç			Т И Р		2	÷
		è					((К Д Т И Р 8 )+ 1)	ø

где КП – коэффициент пропорциональности (передачи) регулятора, параметр настройки П- части регулятора; ТИ – постоянная времени интегрирования – параметр динамической настройки интегральной части регулятора; КД – коэффициент дифференцирования, равный КД=ТД/ТИ, где ТД – постоянная времени дифференцирования – па- раметр настройки Д- части регулятора.

Принято, что при КД×ТИ³819 значение ТД=¥. Значение Х <0 воспринимается алгоритмом как Х =0.

Алгоритм имеет два выхода. Выход Y(к) – основной выход алгоритма. На выходе Y(e) формируется отфильтрованный сигнал рассогласования.

Алгоритм РИМ относится к группе следящих и имеет каскад-

ный выход Y(к) и один каскадный вход Х1(к). Команда отключения поступает извне на выход Y(к). В режиме отключения звенья Д и Д2 обнуляются и при выполнении необходимых условий алгоритм

150

выполняет процедуру обратного счета, формируя на каскадном входе Х1(к) сигнал Х0=КМ×Х2. На команду запрета алгоритм не реа- гирует. Поступившие извне команды отключения и запрета вместе с значением начальных условий Х0 транслируются алгоритмом че- рез вход Х1(к) предвключенному алгоритму.

Алгоритм содержит узел настройки 6, состоящий из пере- ключателя режима "Работа – Настройка", нуль – органа 8 и допол- нительного фильтра 7 с постоянной времени ТФ1.

Режим работы нуль – органа определяется условием:

YНО	= Х НО , при	e ³ 0;	(4)
YНО	= − Х НО , при	ε < 0,

где YНО – сигнал на выходе нуль – органа (YНО=Ye).

Наименование входов - выходов алгоритма РИМ приведено в табл.41.

Таблица 41

Входы выходы алгоритма РИМ – регулирование импульсное

	Входы - выходы			Назначение входа – выхода алгоритма
	№	Обозн.	Вид
	01	Х1		Немасштабируемый вход (каскадный)
	02	Х2		Масштабируемый вход
	03	КМ		Масштабный коэффициент
	04	ТФ		Постоянная времени фильтра
	05	Х		Зона нечувствительности
	06	КП		Коэффициент пропорциональности контура
	07	ТИ	Вход	Постоянная времени интегрирования
	08	КД		Коэффициент дифференцирования
	09	ТМ		Времяполногоходаисполнительногомеханизма
	10	-		Не используется
	11	СНАС		Команда перехода в режим настройка
	12	ХНО		Уровень сигнала на выходе нуль – органа
	13	К1		Коэффициент, устанавливаемый в зави-
				симости от свойств объекта
	01	Y	Выход	Основной сигнал алгоритма (каскадный)
	02	Yε		Сигнал рассогласования

151

При подаче дискретного сигнала на вход СНАС=1 алгоритм переходит в режим настройки. В этом режиме в замкнутом контуре регулирования устанавливаются автоколебания.

Параметры этих колебаний (амплитуда и период), контроли- руемые на выходе Yε, используются для уточнения параметров динамической настройки контура регулирования. Для перехода в

режим работы устанавливается сигнал СНАС=0.

2. Моделирование системы автоматического регулирования

Модель контура системы автоматического регулирования включает:

1.Регулирующий алгоритм– РИМ (регулирование импульсное).

2.Модель исполнительного механизма постоянной скорости

(см. лабораторную работу №3).

3.Модель объекта управления (см. лабораторную работу №2). На рис. 48 приведена схема конфигураций алгоритмов для

формирования контура системы автоматического регулирования.

			01− РИМ21− −00						02 − ИМП61− −00					Х	03− ПЕР57 −02				04−ИНТ33− −00
	X		01	01		U'			01	01	DБ		1		01						01
		З														01
														С1						01
															02
						ТПЕР					DН			Х2					ТИ
									02						03
			02							02				С2						02
															04
			05	− ОГР 47					06 − ФИЛ35 − −00						07 − МСШ 55 − 01				08− ЗАП39−10−00
			01	01					01	01					01	01				01	01
		XВ
			02				ТОБ							КОБ					τОТС
		XН							02						02					05
			03

Рис. 48. Схема конфигураций алгоритмов контура системы автоматического регулирования с ПИ-законом регулирования и

исполнительным механизмом постоянной скорости

152