УП_Моделирование_САР

2)пускового устройства;

3)исполнительного механизма.

Рис. 18 Характер перемещения ИМ постоянной скорости при поступлении на его вход серии постоянных импульсов

В качестве элемента, формирующего импульсы переменной скважности в зависимости от величины входного сигнала, используем алгоритм ИМП(61) – импульсатор.

Для моделирования пускового устройства можно использовать алгоритм ПЕР(57) – переключатель с дискретным управлением.

Исполнительный механизм моделируется двумя алгоритмами: ИНТ(33) – интегрирование и ОГР(48) – ограничение. Алгоритм ИНТ(33) используется для суммирования (интегрирования) импульсов, поступающих с импульсатора ИМП(61). Алгоритм ОГР(48) – ограничение моделирует концевые выключатели исполнительного механизма.

Схема конфигурации вышеперечисленных алгоритмов для моделирования цепи управления исполнительным механизмом приведена на рисунке 19.

Рис. 19 Модель управления ИМ постоянной скорости

29

Программирование контроллера Р-130 производится в процедурах "Алгоблоки", "Конфигурирование", "Настройка". Самостоятельно для этих процедур заполняются соответственно таблицы "Состав конфигураций", "Конфигурирование алгоблоков" и "Настройка алгоритмов".

Параметры настройки алгоритмов по вариантам приведены в таблице 18.

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 одновременно-

го 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 построчно. Вызов каждого параметра производится нажатием клавиши ↑ ПН-21. Изменение параметра производится с помощью клавиш и(соответственно увеличение, и уменьшение вводимого параметра), последнее нажатие клавиши ↑ для каждого параметра - запись 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 клавиш ← и → выбрать процедуру "ВЫХ", в поле N1 набрать номер алгоблока 04 и в поле N2 номер его выхода 01. Данные характеристики снимать через время (5 – 10с), равное или кратное периоду следования импульсов ТПЕР, установленный на настроечном входе 02 алгоритма ИМП(61).

6.После снятия характеристики перевести контроллер в режим "Программирования" и обнулить выход интегратора. Для этого выбрать процедуру "Н.УСЛ", в поле N1 задать номер алгоблока в котором находится алгоритм ИНТ(33) (это алгоблок 03), в поле N2 установить номер выхода этого алгоблока 01, а в поле X установить нулевое значение выхода алгоблока.

7.Повторить пункты 5, 6, установив на входе 01 алгоритма

30

ИМП(61) 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 исполнительного 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.

3.Таблицы "Состав конфигураций", "Конфигурирование алгоблоков" 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 экспериментальными значениями.

7.Вывод по работе.

5.Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки

1.Какие элементы цепи управления исполнительным механизмом моделируются? Какие алгоритмы при этом используются?

2.Принцип работы и назначение настроечных входов алгоритма ИМП(61) – импульсатор.

3.Что такое широтно-импульсный модулятор, принцип работы и назначение?

4.Как производится управление средней скоростью перемещения вала исполнительного механизма?

5.Назначение концевых выключателей в цепи управления исполнительным механизмом постоянной скорости.

6.Что такое безударное переключение цепей управления

31

икак оно реализовано в лабораторной работе?

7.Режимы работы алгоритмов контроллера: запрет и отключение. Особенности работы алгоритмов в этих режимах?

8.Назначение процедуры начальной установки « Н.УСЛ»?

Таблица 18

Варианты задания

Вар	TПЕР	X1, %	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

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Моделирование систем автоматического регулирования с ПИ– регулятором и исполнительным механизмом постоянной скорости и с ПИД– регулятором и пропорциональным ис- полнительным устройством

Цель работы:

1.моделирование системы автоматического регулирования технологическими параметрами с ПИ–регулятором и исполнительным механизмом постоянной скорости с использованием алгоритмов микропроцессорного контроллера Ремиконт Р-130;

2.моделирование САР с ПИД–регулятором и пропорциональным исполнительным устройством с использованием алгоритмов микропроцессорного контроллера Р-130;

3.изучение работы алгоритма РИМ(21) – регулирование импульсное, реализующего ПИ–закон регулирования и алгоритма РАН(20) – регулирование аналоговое, реализующего ПИД–закон

32

регулирования;

4.определение параметров настройки регулятор;

5.анализ показателей качества переходных процессов в контуре управления.

1.Структурная схема модели САР с ПИ– законом регулирования

сисполнительного механизма постоянной скорости

Модель системы автоматического регулирования строится из следующих звеньев: регулятора, моделей пускового устройства, исполнительного механизма постоянной скорости и объекта управления. Структурная схема моделируемого контура управления технологическим параметром производственного процесса представлена на рисунке 20.

Контроллер Ремиконт Р-130 управляет исполнительным механизмом постоянной скорости с помощью командных импульсов, формируемых на дискретных выходах DB и DM широтноимпульсного модулятора (ШИМ). В момент, когда на одном из выходов ШИМ формируется импульс, то есть D = 1, то в этот момент происходит вращение вала исполнительного механизма. Направление вращения вала определяется тем, на каком выходе ШИМ (DB или DM) формируется импульсный сигнал. Величина отношения длительности импульса ТИМП к периоду следования импульсов ТПЕР, называется скважность (Y = ТИМП/ТП) определяет среднюю скорость перемещения вала исполнительного механизма.

Рис. 20 Структурная схема моделируемого контура управления технологическим параметром

Сигнал U/ на входе ШИМ пропорционален скважности импульсов, а знак этого сигнала определяет, на каком выходе ШИМ будут формироваться импульсы. Если U/ < 0, то импульсы формируются на выходе DM, если U > 0 – на выходе DB. При U/ = 0 сигналы не формируются.

Таким образом, для построения контура автоматического регулирования с использованием алгоритмов контроллера Ремиконт Р-130, значение сигнала, формируемого регулирующим алгорит-

33

мом ПИ–регулятора, представляет величину направления и скорости перемещения вала исполнительного механизма. Алгоритмом, обеспечивающим формирование такого сигнала, является регулирующий алгоритм РИМ(21) – регулирование импульсное.

2. Пропорциональные исполнительные устройства

Выходная величина пропорциональных исполнительных устройств изменяется пропорционально входной величине. Передаточная функция таких устройств запишется как WИУ(P) = KП.

Пропорциональными ИУ являются различные типы усилителей напряжения и тока, например устройство регулирования напряжения типа РН. Также, пропорциональными ИУ являются различные типы магнитных усилителей и позиционеры.

В качестве примера пропорционального ИУ рассмотрим работу регулятора напряжения РН-63, упрощенная функциональная схема которого представлена на рисунок 21.

СУ – согласующий усилитель; ФСУ – фазосмещающее устройство; ВК – выходные каскады; БС – силовой блок; UУ – управляющее напряжение; UС – сетевое напряжение; UВЫХ – выходное напряжение

Рис. 21 Функциональная схема тиристорного регулятора напряжения

Регулятор напряжения (РН) представляет собой единое устройство, в котором размещается силовой блок и блок управления. Принцип действия (рисунок 22) РН состоит в том, что выходное напряжение изменяется путем изменения угла включения тиристоров в пределах полупериода сетевого напряжения.

Этот регулятор управляется аналоговым входным сигналом 0 – 5 мА. Предусмотрена возможность ручного изменения величины выходного сигнала с помощью потенциометра "ручное управление", ось

34

которого выведена на лицевую панель РН. Переключение управления с ручного на автоматический режим и обратно осуществляется с помощью тумблера, который также установлен на лицевой панели.

РН позволяет изменять действительное значение выходного напряжения в пределах 5 – 95% от напряжения питающей сети. Регулятор напряжения подключается к однофазной сети. Сетевые провода подключаются к фазе (А) со стороны нагрузки и нейтрале

(N).

В РН предусмотрена возможность ступенчатого регулирования выходного сигнала.

3.Алгоритмы регулирования

3.1РИМ(21) – регулирование импульсное

Алгоритм РИМ(21) применяется для реализации любого в пределах ПИД–закона регулирования в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости. Алгоритм применяется в сочетании с алгоритмами широтно-импульсного модулирования (ИВА(15), ИВБ(16), ИМП(61)), которые преобразуют выходной аналоговый сигнал алгоритма РИМ(21) в широтно-импульсную последовательность импульсов, управляющих исполнительным механизмом постоянной скорости.

Алгоритм содержит узел настройки, позволяющий автоматизировать процесс настройки регулятора. Функциональная схема алгоритма РИМ(21) представлена на рисунке 23.

Элемент 3, выделяющий сигнал рассогласования ε (сумматор), 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 первого порядка с передаточной функцией:

W(p)=1/(TФр+1), где Тф – постоянная времени фильтра.

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

дится внутри установленного значения зоны. Сигнал ε2 формируется в соответствии с условием:

35

		ε2	= 0 при	ε ≤	X ;
					2
ε2		ε −	X	ε при ε >		X
	=		Sign			,
			2			2
где Х - заданное значение зоны нечувствительности.
Рис. 23 Структурная функциональная схема алгоритма РИМ

Элемент 5 – ППД2 имеет передаточную функцию вида:

K

П

T

1 + ТИ

р + K Д

Т2 р2

M

И

W(p) =

,

((K ДТИ р / 8) +1)

2

Т И

где ТМ – время полного перемещения вала исполнительного механизма, движущегося с максимальной скоростью.

В сочетании с интегрирующим исполнительным механизмом, имеющим передаточную функцию:

WИМП(р)=1/ТМр.

Общая передаточная функция будет иметь вид:

36

1

K ДТИ р

W

РЕГ

(p) = W(p) W

ИМ

(p) = K

П

1

+

+

,

2

ТИ р

((K ДТИ р / 8)

+1)

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 – параметр настройки Д – части регулятора.

Принято, что при Кд ТИ > 819 значение ТД = ∞.

Значение Х < 0 воспринимается алгоритмом как Х = 0. Алгоритм имеет два выхода. Выход Y(K) – основной выход

алгоритма. На выходе Y(ε) формируется отфильтрованный сигнал рассогласования.

Алгоритм РИМ(21) относится к группе следящих и имеет каскадный выход Y(K) И один каскадный вход Х1(K). Команда отключения поступает извне на выход Y(K). В режиме отключения звенья Д и Д2 обнуляются и при выполнении необходимых условий алгоритм выполняет процедуру обратного счета, формируя на каскадном входе Х1(K) сигнал Х0 = КМ Х2. На команду запрета алгоритм не реагирует. Поступившие извне команды отключения и запрета вместе со значением начальных условий Х0 транслируются алгоритмом через вход Х1(K) предвключенному алгоритму.

Алгоритм содержит узел настройки 6, состоящий из переключателя режима "Работа – Настройка", нуль – органа 8 и дополнительного фильтра 7 с постоянной времени Тф1.

Режим работы нуль - органа определяется условием:

YНО = X НО , при ε ≤ 0;

YНО = −X НО , при ε < 0,

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

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-

37

руемые на выходе Yε, используются для уточнения параметров динамической настройки контура регулирования. Для перехода в режим работы устанавливается сигнал СНАС = 0.

Наименование входов - выходов алгоритма РИМ(21) приведено в таблице 19.

Таблица 19 Входы выходы алгоритма РИМ(21) – регулирование импульсное

	Входы - выходы			Назначение входа - выхода алгоритма
№		Обозн.	Вид
01		X1		Немасштабируемый вход (каскадный)
02		X2		Масштабируемый вход
03		KM		Масштабный коэффициент
04		TФ		Постоянная времени фильтра
05		X		Зона нечувствительности
06		KП		Коэффициент пропорциональности контура
07		ТИ	Вход	Постоянная времени интегрирования
08		KД		Коэффициент дифференцирования
09		ТМ		Времяполногоходаисполнительногомеханизма
10		-		Не используется
11		СНАС		Команда перехода в режим настройка
12		XНО		Уровень сигнала на выходе нуль – органа
13		K1		Коэффициент, устанавливаемый в зави-
				симости от свойств объекта
01		Y	Выход	Основной сигнал алгоритма (каскадный)
02		Yε		Сигнал рассогласования

3.2 РАН(20) – регулирование аналоговое

Алгоритм используется при построении ПИД–регулятора, имеющего аналоговый выход. Алгоритм, как правило, сочетается с пропорциональным исполнительным устройством либо используется в качестве ведущего в схеме каскадного регулирования.

Помимо формирования ПИД закона в алгоритме вычисляется сигнал рассогласования, этот сигнал фильтруется и вводится зона нечувствительности. Выходной сигнал алгоритма ограничивается по максимуму и минимуму. Алгоритм содержит узел настройки, позволяющий автоматизировать процесс настройки регулятора.

Функциональная схема алгоритма показана на рисунке 24.

38