4.Алгоритм расчета параметров настроек регулирующих устройств АСР.

Методы определения параметров настроек регулирующих устройств АСР делятся на экспериментальные и расчетные. Экспериментальные методы не требуют предварительного знания динамических характеристик объекта регулирования, но предполагают выполнение определенных операций по определенному алгоритму на

реальном объекте. При этом возрастает риск нарушения технологического процесса вплоть до останова агрегата (котла, турбины, подогревателя). Достоинством этой группы методов является получение оптимальных конечных параметров настроек регуляторов по заданным критериям качества.

Расчетные методы предполагают, что динамические характеристики объекта регулирования известны. Дальнейшие расчеты ведутся по определенному алгоритму с использованием формул или номограмм. Расчеты позволяют определить статические и динамические параметры регулирующих устройств. Затем по конкретному типу используемых регулирующих устройств выполняется реализация параметров настроек, т.е. определение положения органов настроек. Обязательным условием расчетных методов является проверка полученных результатов настройки регуляторов на реальном объекте регулирования.

После выполнения расчетов рекомендуется проверить результаты расчета на модели АСР, которая представляет модель объекта регулирования и модель регулирующего устройства. Безусловно, более желательно вместо модели регулирующего устройства использовать физическую реализацию реального регулирующего устройства. До появления микропроцессорных устройств реализация этой проверки была возможна лишь на аналоговых вычислительных машинах, это существенно ограничивало использование этой проверки. В настоящее время практически каждый инженер, используя персональный компьютер и программу Simulink среды Matlab, может выполнить моделирование рассматриваемой АСР с получением переходного процесса. Однако это связано с определенными трудозатратами. В любом случае конечным этапом внедрения АСР должна быть проверка на реальном объекте.

На рис. 4.1 показан алгоритм наладки АСР.

- 23 -

1.Подготовительные работы по расчету параметров

настроек АСР.

1. Структурная и функциональная схема АСР

2.Определение характеристик аппаратуры.

2.1. Тип и характеристики первичных измерительных преобразователей. 2.2.Тип и характеристики нормирующих преобразователей

2.3. Тип и характеристики согласующих устройств.

3.Определение характеристик регулирующей

аппаратуры.

4.Определение характеристик исполнительного

механизма.

5.Определение характеристик регулирующего

органа.

6.Определение характеристик объекта

регулирования.

7.Определение критериев качества регулирования

АСР.

2.Расчет статической настройки.

1. Определение зоны нечувствительности.

2.Определение параметров фильтра.

3.Определение положения органов масштабирования по

задающему параметру.

4. Определение диапазона и цены деления оперативного

задатчика.

- 24 -

3. Расчет динамической настройки регулирующего устройства (РУ).

1.Выбор расчетной методики (формулы или

номограммы).

2. Расчет коэффициента усиления или скорости связи.

3.Расчет постоянной времени интегрирования Ти

4.Расчет постоянной времени дифференцирования

(опережения)-только для РУ с ПИД –законом.

5.Расчет длительности управляющих импульсов

сервомотора.

4.Реализация расчетных параметров настроек на реальной аппаратуре

РУ.

1.Получение экспериментальных переходных процессов АСР при

расчетных настройках.

2.Сравнение с заданными критериями качества регулирования.

3.Выбор метода коррекции параметров настроек РУ АСР.

4.Оптимизация параметра настроек РУ АСР.

Рис. 4.1

Для расчета параметров статической и динамической настройки АСР необходимо иметь следующие исходные данные:

−функциональная схема АСР;

−структурная схема АСР; тип регулирующей аппаратуры;

−тип исполнительного механизма, полное и реальное (желательно) время хода сервомотора;

−тип и характеристики первичных измерительных преобразователей;

−тип и характеристики нормирующих преобразователей;

−тип согласующих устройств;

-25 -

−показатели динамической переходной характеристики (кривой разгона) объекта; регулирования по регулируемому и задающему параметру:

−для объекта с самовыравниванием: время запаздывания τ, постоянную времени Та , коэффициент усиления Коб ;

−для объекта без самовыравнивания: время запаздывания τ, скорость разгона ε;

−требования к качеству регулирования заданной АСР (по показателям переходного процесса: динамическая ошибка, квадратичная интегральная оценка (за время регулирования) и степень затухания по внешнему возмущению и возмущению задатчиком);

−выбрать методику расчета параметров настройки АСР.

Расчет параметров статической настройки выполнять из условия равенства нулю сигнала рассогласования сигналов по регулируемому параметру и от задатчика на входе в регулирующий прибор АСР.

Далее, используя типовые структуры АСР, выполнить расчеты параметров статической и динамической настройки АСР.

Структурные схемы одноконтурной и двухконтурной АСР показаны на рис.4.2,4.3. Функциональные схемы одноконтурной и двухконтурной АСР приведены для каждого типа используемой аппаратуры на рис.6.1,6.4,6.6а,6.8. Последовательность (алгоритм) расчета параметров

настройки одноконтурной АСР даны в табл.6.1.(для аппаратуры «Каскад»), в табл.6.2 (для аппаратуры АКЭСР), для двухконтурных АСР со скоростным сигналом из промежуточной точки объекта соответственно табл.6.3, 6.4. для АСР с жесткой обратной связью – табл.6.5,6.6.

- 26 -

	Расчетный	Единица	Расчетная				Таблица 4.1.		Примечание
	параметр	измерения		формула
	1.Коэффициент	Дел.				Д	1.ХРП-фактичекий диапазон изменения регулируемого параметра, ед.рег.пар.
			КЗУ	=	∆ХРПКРПКРП
	передачи						2.ХЗУ –фактический диапазон изменения положения оперативного
						∆ΧЗУ КЗУД
	оперативного						задатчика,%ЗУ.
	задатчика (Кзу)						3.КЗУ =1,0 – при положении дискретного переключателя диапазона
							задатчика 0-100%,%/%ЗУ
							4.При положении дискретного переключателя диапазона задатчика 0-40%
							необходима индивидуальная градуировка задатчика.
	2.Цена деления	ед.рег.пар/1%				КЗУД КЗУ	5.При начальном расчете задаются значения КРП			(0 <КРП ≤ 1,0)
			ZЗУ		=
	оперативного	ЗУ				КРПД КРП
	задатчика (ZЗУ)
	3.Коэффициент	Дел.				Д	ХЗП – фактический диапазон изменения задающего параметра, ед.зад.пар.
			КЗП	=	∆ХРПКРПКРП
	передачи по
						∆ΧЗП КЗПД
	задающему
	параметру (КЗП)
	4.Зона	%	∆НЕЧ	= 0,5∆ΧРПДОПКРПД КРП			При	неч<0,2 или	неч>1,6 необходимо повторить расчет при новом значении
	нечувствительност						КРП
	и (Δнеч)
	5.Постоянная	с								ε
	времени демпфера					( АПКРП )2 −1	1.ТП,с – максимальный период пульсаций сигнала рассогласования ( )
							2.АП%-максимальная амплитуда пульсаций сигнала рассогласования (ε)
	(Тдемп)		Тдемп	= ТП		∆НЕЧ
						2π
	6.Постоянная	с	а) (Ти)опт=f(τ0/Т0) для				1.Расчет (Ти)опт для ПИ-регулятора и объекта с самовыравниванием
	времени			объекта с			выполняется по номограмме Сибтехэнерго
	интегрирования		самовыравниванием;				2. Расчет (Ти)опт для ПИ-регулятора и объекта без самовыравнивания
	(Ти)		б) (Ти)опт=f(τ0) для				выполняется по формуле (Ти)опт=5 τ0.
				объекта без			. 3.Расчет (Ти)опт для ПИД-регулятора и объекта с самовыравниванием
			самовыравнивания				выполняется по выбранной методике расчета.

7.Скорость связи

%/с

а)(Vсв)ОПТ

=

100К

К Д

К

1.Расчет (К0Кр)опт для ПИ – регулятора и объекта с самовыравниванием

(Vсв)

0

РП

выполняется по номограмме Сибтехэнерго

ТСМ

(К0Кр)

2.Расчет (Кр)опт для П – регулятора и объекта без самовыравнивания

выполняется по формулам:

для ψ=0,9

(Кр)опт=

0,87

ε τ

0

0

для ψ=1,0

(Кр)опт=

0,40

ε τ

0

0

3.Расчет (0Кр)опт для ПИД – регулятора и объекта с самовыравниванием

выполняется по выбранной методики расчета.

4.При (Vсв)<0,2 или (Vсв)>2,5 необходимо повторить предыдущий расчет

при новом значении КРП

5.В аппаратуре, выпущенной после 1980 г, вместо Vсв используется αП,

причем αП,=1/ Vсв с/%

8. Постоянная

с

(Тд)ОПТ=0,25ТИ

Только для ПИД – регулятора.

времени

дифференцировани

я (Тд)

Длительность

с

tИ <

∆неч

При условии отсутствия автоколебаний регулирующего прибора

импульсов (tи)

Vсв

Таблица 4.2.

Расчетный

Единица

Расчетная

Примечание

параметр

измерения

формула

1.Коэффициент

Дел.

α =

∆Х

Д

1См. примечания 1,2 к п.1 табл.4.1..

передачи

РПКРПαРП

2.αРП – коэффициент передачи по регулируемому параметру,дел.При

ЗУ

∆ΧЗУ КЗУД

оперативного

начальном расчете задаются значения αРП (0< αРП ≤1,0)

задатчика (αЗУ)

- 28 -

2.Цена деления

ед.рег.пар/1%

ZЗУ =

КЗУД αЗУ

оперативного

ЗУ

КРПД αРП

задатчика (ZЗУ)

3.Коэффициент

Дел.

α

Д

См. примечание к п.3 табл.4.1.

передачи по

ЗП

= ∆ХРПКРПαРП

∆ΧЗП КЗПД

задающему

параметру (αЗП)

4.Зона

%

∆НЕЧ

= 0,5∆ΧРПДОПКРПД αРП

При

неч<0,2 или

неч>1,6 необходимо повторить расчет при новом значении

нечувствительност

αРП

и (Δнеч)

5.Постоянная

с

(

АПαРП )2 −1

См. примечания 1,2 к п.5 табл.4.1

времени демпфера

(Тдемп)

Тдемп

= ТП

∆НЕЧ

2π

6.Постоянная

с

а) (Ти)опт=f(τ0/Т0) для

1.Расчет (Ти)опт для ПИ-регулятора и объекта с самовыравниванием

времени

объекта с

выполняется по номограмме Сибтехэнерго

интегрирования

самовыравниванием;

2. Расчет (Ти)опт для ПИ-регулятора и объекта без самовыравнивания

(Ти)

б) (Ти)опт=f(τ0) для

выполняется по формуле (Ти)опт=5 τ0.

объекта без

. 3.Расчет (Ти)опт для ПИД-регулятора и объекта с самовыравниванием

самовыравнивания

выполняется по выбранной методике расчета.

7.Скорость связи

%/с

а)(Vсв)ОПТ

=

100К

К

Д К

1.Расчет (К0Кр)опт для ПИ – регулятора и объекта с самовыравниванием

(Vсв)

0

РП

выполняется по номограмме Сибтехэнерго

ТСМ (К0Кр)

2.Расчет (Кр)опт для П – регулятора и объекта без самовыравнивания

выполняется по формулам:

для ψ=0,9

(Кр)опт=

0,87

ε τ

0

0

для ψ=1,0

(Кр)опт=

0,40

ε τ

0

0

3.Расчет (0Кр)опт для ПИД – регулятора и объекта с самовыравниванием

- 29 -

						выполняется по выбранной методики расчета.
						4.При (Vсв)<0,2 или (Vсв)>2,5 необходимо повторить предыдущий расчет
						при новом значении αРП
						5.В аппаратуре, выпущенной после 1980 г, вместо Vсв используется αП,
						причем αП,=1/ Vсв с/%
8. Постоянная	с	(Тд)ОПТ=0,4τ0				Только для ПИД – регулятора.
времени
дифференцировани
я (Тд)
Длительность	с	tИ	<	∆неч		При условии отсутствия автоколебаний регулирующего прибора
импульсов (tи)				Vсв
						Таблица 4.3

Расчетный

Единица

Расчетная

Примечание

параметр

измерения

формула

1.Коэффициент

Дел.

Д

1.ХРП2-фактичекий диапазон изменения основного регулируемого параметра,

передачи

КЗУ =

∆ХРП2КРП2КРП2

ед.рег.пар.

∆ΧЗУ КЗУД

оперативного

2.ХЗУ –фактический диапазон изменения положения оперативного

задатчика (Кзу)

задатчика,%ЗУ.

3.КЗУ =1,0 – при положении дискретного переключателя диапазона

задатчика 0-100%,%/%ЗУ

4.При положении дискретного переключателя диапазона задатчика 0-40%

необходима индивидуальная градуировка задатчика.

5.При начальном расчете задаются значения КРП

(0 <КРП ≤ 1,0)

2.Цена деления

ед.рег.пар/1%

ZЗУ =

КЗУД КЗУ

оперативного

ЗУ

КРПД

2КРП2

задатчика (ZЗУ)

3.Коэффициент

Дел.

КЗП = ∆ХРП2КРПД

2КРП2

ХЗП – фактический диапазон изменения задающего параметра, ед.зад.пар.

передачи по

∆ΧЗП КЗПД

задающему

параметру (КЗП)

4.Зона

%

∆НЕЧ = 0,5∆ΧРПДОП2 КРПД

2КРП2

При неч<0,2 или неч>1,6 необходимо повторить расчет при новом значении

- 30 -

нечувствительност										КРП
и (Δнеч)										ΧРП2ДОП-допустимое отклонение основного регулируемого параметра при
5.Постоянная	с									постоянной нагрузке объекта регулирования,ед.осн.рег.пар.
										ε
времени демпфера			( АПКРП )2 −							1.ТП,с – максимальный период пульсаций сигнала рассогласования ( )
										2.АП%-максимальная амплитуда пульсаций сигнала рассогласования (ε)
(Тдемп)			∆НЕЧ
		Тдемп = ТП			2π
6.Постоянная	с	ТД=Т0,2[ТД/ Т0,2]ОПТ								Комплекс [ТД/ Т0,2]ОПТ определяется по номограмме Сибтехэнерго.
времени
дифференциатора
(ТД)
7.Коэффициент	-	КД = А					Д			Коэффициент А определяется по номограмме Сибтехэнерго
усиления			К02КРП2КРП2
			К01КРПД				1
дифференциатора
(КД)										1.Расчет (Vсв)ОПТ выполняется по номограмме Сибтехэнерго как для
8.Скорость связи	%/с	(Vсв)ОПТ =	100К	01	К	РП1		К	Д
(Vсв)										одноконтурной АСР с ПИ-регулятором.
			ТСМ (К01КР)ОПТ							2.При (Vсв)<0,2 или (Vсв)>2,5 необходимо повторить предыдущий расчет
										при новом значении КРП2(или КРП2КРП2Д)
										3.В аппаратуре, выпущенной после 1980 г, вместо Vсв используется αП ,
										причем αП,=1/ Vсв с/%
9. Постоянная	с	(Тд)ОПТ=0,25ТИ								Только для ПИД – регулятора.
времени
интгерирования
(Ти)			< ∆неч
10.Длительность	с	tИ								При условии отсутствия автоколебаний регулирующего прибора
импульсов (tи)			Vсв

			Таблица	4.4.
Расчетный	Единица	Расчетная		Примечание
параметр	измерения	формула
			- 31 -

1.Коэффициент

Дел.

α

=

∆ХРП2КРПД

2αРП2

1См. примечания 1,2 к п.1 табл.4.3..

передачи

ЗУ

∆ΧЗУ КЗУД

2.αРП2 – коэффициент передачи по основному регулируемому

оперативного

параметру,дел.При начальном расчете задаются значения αРП (0< αРП2 ≤1,0)

задатчика (αЗУ)

К Д

2.Цена деления

ед.рег.пар/1%

ZЗУ

=

α

оперативного

ЗУ

К ДЗУ

α

ЗУ

задатчика (ZЗУ)

РП2

РП2

3.Коэффициент

Дел.

α

=

∆ХРП2КРПД

2αРП2

См. примечание к п.3 табл.4.1.

передачи по

ЗП

∆ΧЗП КЗПД

задающему

параметру (αЗП)

= 0,5∆ΧДОПК

4.Зона

%

∆

НЕЧ

Д

α

Р

См. примечания 1,2 к п.4 табл.4.3

нечувствительност

РП2

РП

2

и (Δнеч)

5.Постоянная

с

( АПαРП2 )2 −

См. примечания 1,2 к п.5 табл.4.1

времени демпфера

(Тдемп)

Тдемп

= ТП

∆НЕЧ

2π

6.Постоянная

с

ТД=Т0,2[ТД/ Т0,2]ОПТ

1. Комплекс [ТД/ Т0,2]ОПТ определяется по номограмме Сибтехэнерго.

времени БДП по

2. Реализация ТД на БДП выполняется по формуле ТД = Т/α13С

схеме

3. Реализация ТД на БКР (по схеме дифференциатора) выполняется по

дифференциатора

формуле ТД = Т, где БКР –блок кондуктивного разделения и Т-

(Тд)

параметр БКР,БДП.

7.Скорость связи

%/с

(Vсв)ОПТ =

100К01К

РПД

1КД

См. примечания 1-3 к п.8 табл.4.3

(Vсв)

ТСМ (К01Кр)ОПТ

8.Коэффициент

-

КД

= А

К02КРПД

2αРП2

1.Коэффициент А определяется по номограмме Сибтехэнерго.

усиления БДП по

К01КРПД

1

2.Реализация Кд на БДП выполняется по формуле Кд=α12С

схеме

3.Реализация Кд на БКР (по схеме дифференциатора) выполняется по

дифференциатора

формуле Кд =αβC, где α,β,C-параметры БКР.

- 32 -

(Кд)
9. Постоянная	с	(Ти)ОПТ=f(τ01/Т0)				Расчет (Ти)ОПТ выполняется по номограммеСибтехэнерго как для
времени						одноконтурной АСР с ПИ-регулятором.
Интегрирования
(Ти)
10.Длительность	с	tИ	<	∆неч		При условии отсутствия автоколебаний регулирующего прибора
импульсов (tи)				Vсв
						Таблица 4.5.

Расчетный

Единица

Расчетная

Примечание

параметр

измерения

формула

1.Коэффициент

Дел.

Д

1.ХРП-заданный диапазон изменения регулируемого параметра с помощью

передачи

КЗУ =

∆ХРПКРПКРП

оперативного задатчика, ед.рег.пар.

∆ΧЗУ КЗУД

оперативного

2.ХЗУ –фактический диапазон изменения положения оперативного

задатчика (Кзу)

задатчика,%ЗУ.

3.КЗУ =1,0 – при положении дискретного переключателя диапазона

задатчика 0-100%,%/%ЗУ

4.При положении дискретного переключателя диапазона задатчика 0-40%

необходима индивидуальная градуировка задатчика.

5.При начальном расчете задаются значения КРП

(0 <КРП ≤ 1,0)

2.Цена деления

ед.рег.пар/1%

ZЗУ =

КЗУД КЗУ

оперативного

ЗУ

КРПД КРП

задатчика (ZЗУ)

3.Зона

%

∆НЕЧ = 0,5∆ΧРПДОПКРПД КРП

При неч<0,2 или неч>1,6 необходимо повторить расчет при новом значении

нечувствительност

КРП

и (Δнеч)

4.Постоянная

с

ε

времени демпфера

(

АПКРП

)2 −1

1.ТП,с – максимальный период пульсаций сигнала рассогласования ( )

2.АП%-максимальная амплитуда пульсаций сигнала рассогласования (ε)

(Тдемп)

Тдемп = ТП

∆НЕЧ

2π

- 33 -

5.Коэффициент

Дел.

КДП

=

(∆ΧРП )Н КРПД КРП

1.(ΔΧРП)Н – заданное значение неравномерности по регулируемому

передачи по

параметру,ед.рег.пар.

∆ΧДПКДПД

положению

2. ΧДП– фактический диапазон изменения положения исполнительного

исполнительного

механизма,%.

механизма (КДП)

6.Скорость связи

%/с

а)(Vсв)ОПТ

=

100К0КРПД К

1.Расчет (Кр)опт для П – регулятора и объекта без самовыравнивания

(Vсв)

выполняется по формулам:

ТСМ (К0Кр)

для ψ=0,9

(Кр)опт=

0,87

ε τ

0

0

для ψ=1,0

(Кр)опт=

0,40

ε τ

0

0

2.При (Vсв)<0,2 или (Vсв)>2,5 необходимо повторить предыдущий расчет

при новом значении КРП

3.В аппаратуре, выпущенной после 1980 г, вместо Vсв используется αП,

причем αП,=1/ Vсв с/%

7.Длительность

с

tИ <

∆неч

При условии отсутствия автоколебаний регулирующего прибора

импульсов (tи)

Vсв

Таблица 4.8

Расчетный

Единица

Расчетная

Примечание

параметр

измерения

формула

1.Коэффициент

Дел.

α

=

∆Х

Д

1.См. примечания 1 к п.1 табл.4.5..

передачи

РПКРПαРП

2.См. примечание 5 к п.1 табл.4.1

ЗУ

∆ΧЗУ КЗУД

оперативного

задатчика (αЗУ)

2.Цена деления

ед.рег.пар/1%

ZЗУ =

КЗУД αЗУ

оперативного

ЗУ

КРПД αРП

задатчика (ZЗУ)

3.Зона

%

∆НЕЧ

= 0,5∆ΧРПДОПКРПД αРП

См. примечание к п.4 табл.4.1.

- 34 -

нечувствительност

и (Δнеч)

4.Постоянная

с

(

АПαРП )2 −1

См. примечания к п.5 табл.4.1

времени демпфера

(Тдемп)

Тдемп = ТП

∆НЕЧ

2π

5.Коэффициент

Дел.

αДП

=

(∆ΧРП )Н КРПД

αРП

См. примечания к п.5 табл.4.5

передачи по

∆ΧДПКДПД

положению

исполнительного

механизма (αДП)

100К

К Д

1..Расчет (Кр)опт для П – регулятора и объекта без самовыравнивания

6.Скорость связи

%/с

а)(Vсв)ОПТ

=

К

(Vсв)

0

РП

выполняется по формулам:

ТСМ (К0Кр)

для ψ=0,9

(Кр)опт=

0,87

ε τ

0

0

для ψ=1,0

(Кр)опт=

0,40

ε τ

0

0

2.При (Vсв)<0,2 или (Vсв)>2,5 необходимо повторить предыдущий расчет

при новом значении αРП

3.В аппаратуре, выпущенной после 1980 г, вместо Vсв

используется αП,

причем αП,=1/ Vсв с/%

7.Длительность

с

tИ

<

∆неч

При условии отсутствия автоколебаний регулирующего прибора

импульсов (tи)

Vсв

- 35 -

- 36 -