Типовые алгоритмы управления.

Алгоритм управления, его структура и параметры зависят не толь­ко от задачи управления, но и от того объекта, которым предстоит управлять. Многообразие объектов управления, не поддающихся ти­пизации, отсутствие единой четкой классификации задач управления затрудняют классификацию алгоритмов управления.

Для упрощенного представления можно выделить среди алгорит­мов управления две наиболее обобщенные и укрупненные группы: алгоритмы управления состоянием и сменой состояний. К первым могут быть отнесены алгоритмы поддержания заданного рациональ­ного либо предварительно рассчитанного оптимального значения тех­нологического параметра. Они получили название алгоритмов стабилизации или регулирования. Среди них выделяют регулирование по отклонению координаты и регулирование по возмущению. К этой груп­пе могут быть отнесены также алгоритмы статической оптимизации, когда управляющее устройство автоматически осуществляет поиск та­кого сочетания значений технологических параметров, при котором достигается наилучшее (оптимальное) значение некоторого крите­рия качества функционирования объекта управления.

Если для достижения оптимального критерия качества необходимо задавать недопустимые значения параметров объекта управления, то формируются предельно допустимые алгоритмы, обеспечивающие наибольшее приближение к оптимуму.

К алгоритмам второй группы следует отнести алгоритмы отработ­ки заданной рациональной или заданной оптимальной траектории - алгоритмы программно-следящего управления. К ним также могут быть отнесены алгоритмы отработки заданной рациональной или опти­мальной дискретной последовательности смены технологических опе­раций, образующей технологический цикл.

В отличие от перечисленных алгоритмы динамической оптимиза­ции обеспечивают автоматический выбор оптимальной траектории или ее формирование, коррекцию в процессе отработки в зависимос­ти от меняющихся условий таким образом, чтобы сохранить наилуч­шее значение критерия качества функционирования.

Наиболее современным и перспективным является оптимальное уп­равление, которое хотя и является обычно наиболее трудно реализуе­мым, но зато дает наибольший технико-экономический эффект. Реше­ние задач оптимального управления по существу стало реальным в свя­зи с применением в системах автоматизации микропроцессоров и ми­ни-ЭВМ.

 

1. Типовые алгоритмы регулирования, типовые регуляторы и их динамические характеристики

Основными функциями типового регулятора являются усиление сигнала рассогласования и формирование корректирующих сигналов от ошибки, ее производной и интеграла ошибки. Различают несколько разновидностей регуляторов в зависимости от алгоритма формирования корректирующего сигнала: пропорциональный (П-регулятор), интегральный (И-регулятор), пропорционально-интегральный (ПИ-регулятор), пропорционально-дифференциальный (ПД-регулятор), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-регулятор).

Опишем характеристики и параметры настройки типовых ре­гуляторов.

• П-регулятор имеет статическую линейную характеристику, пе­чаточная функция его равна к_р. П -регулятор безынерционно реа­гирует на ступенчатое воздействие.

• И-регулятор имеет передаточную функцию вида

где Т — постоянная времени интегрирования. На входной единич­ный ступенчатый сигнал И-регулятор реагирует линейным сигна­лом, причем за время Т выходной сигнал достигает единицы.

• ПИ-регулятор имеет двухпараметрическую передаточную функцию вида

где к_р, Т_и — коэффициент передачи и время изодрома соответственно. ПИ-регулятор является астатическим регулятором, он совмещает в себе свойства П- и И-регуляторов, его реакция на единичное воз­действие представляется мгновенным скачком величины к_р и пос­ледующим линейно растущим сигналом с наклоном Т_и/к_р.

• ПД -регулятор имеет передаточную функцию вида

где к, Т — коэффициент передачи и время упреждения соответствен­но, ПД-регулятор в стационарном режиме ведет себя как пропорци­ональное звено, но при изменении вход­ного сигнала вырабатывает дополнительную составляющую, соответствующую производ­ной от входного сигнала. Переходная функ­ция регулятора приведена на рис. 5.3, а.

• ПИД -регулятор имеет трехпараметри-ческую передаточную функцию вида

где к_р, Г, Т_И — коэффициент передачи, вре­мя упреждения и время изодрома соответ­ственно. Структурная модель ПИД-регулятора может быть представлена и в мульти­пликативной форме

Переходная функция регулятора приведена на рис. 5.3, б. Лога­рифмическая амплитудная частотная характеристика ПИД-регулятора имеет симметричный вид относительно своей среднечастотной части, наклон в низкочастотной части составляет —20 дБ/дек и 20 дБ/дек в высокочастотной части характеристики, средние час­тоты подавляются.

 

(про типовые алгоритмы регулирования в вопросе 68)

 

1. Структурная схема унифицированного регулятора СЦАР.

Цифровые регуляторы, входящие в состав СЦАР (система цифрового авторегулирования), обеспечивают поддержание регулируемых параметров в заданных пределах и с заданной степенью точности (в соответствии с техническими требованиями к алгоритмическому обеспечению СЦАР) с учетом сложной обратной связи регуляторов, в состав которой входят влияющие на объект регулирования другие технологические параметры, не являющиеся регулируемыми.

Объектами регулирования СЦАР являются технологические системы, оборудование в объеме машзала турбоустановки К-1000-60/1500-2.

Реализация систем регулирования технологическими параметрами в соответствии с данной структурной схемой обеспечивает регулирование «до себя» и «после себя» для статических и астатических объектов регулирования по П-. ПИ-. ПИД- законам управления с учетом охвата исполнительного механизма отрицательной обратной связью.

Структурная схема регуляторов, реализуемых с помощью системы автоматического регулирования турбинного отделения, приведена на структурной схеме, приведенной на рисунке. Схема является унифицированной для всех систем цифрового авторегулирования.

Рис. 1. – Структурная схема регулятора

 

На структурной схеме обозначены:

1 - корректор уставки (КУ);

2 - формирователь программы (ФП);

3, 8 - формирователи рассогласования;

4 - формирователь зоны нечувствительности;

5 - формирователь обратной связи;

6 - блок обработки аналоговых сигналов;

7 - формирователь закона регулирования;

9 - объект регулирования;

10 - релейный элемент;

11, 12 - модели исполнительного механизма;

13 - блок контроля регулирующего клапана;

14 - исполнительный механизм.

 

 

1. Выбор схем регулирования типовых теплоэнергетических процессов и методы настройки типовых регуляторов.

Конкретный вид алгоритмов функционирования отдельных блоков си­стемы управления, структура которой приведена на рис.1, может быть до­вольно разнообразным.

Рис.1.

Особенностью реального управления многими инерционны­ми технологическими процессами, такими как процесс регулирования давления, расхода, уровня, температуры, является апериодичность переходных характеристик.

Общий вид экспериментальных переходных кривых таких процессов характеризуется тремя основ­амипараметрами: Т, τ, V — постоянной времени, временем отставания и скоростью нарастания соответственно, а простейшей обобщенной моделью является модель

1-й множет.-аппериодич. звено;

2-й множет. –запазд. звено.

 

 

На практике для управления такими процессами при

Т > (5 + 10) r алгоритмы функционирования регуляторов, как правило, выбираются в виде типового ПИД-алгоритма и его модификаций.

Расчет параметров регулятора доста­точно прост и практически табулирован, практика настройки сис­темы с ПИД-регулятором доведена до простейших приемов, в чем можно убедиться, используя метод Циглера—Никольса.

В этом методе используют только два параметра r, V, и он тем точнее, чем больше величина третьего параметра Т. Правило на­стройки регулятора состоит из двух шагов:

• на первом шаге регулятор рассматривают как пропорциональ­ный и увеличивают коэффициент передачи прямого тракта до пре­дельного значения к*, когда система выходит на границу устойчи­вости и совершает незатухающие колебания с периодом

• на втором шаге определяют параметры регулятора по правилу:

к_р = 0,5к* для П-регулятора;

к_р = 0,45 к* Т_н = 0,83 T * для ПИ-регулятора;

к_р = 0,6к*, Т_н = 0,5 T *, T_Д = 0,1257* для ПИД-регулятора.

Показатели к*, Т*, по которым определяют параметры на­стройки регуляторов, находят расчетным путем с использованием — частотного годографа Найквиста. В самом деле, предель­ный коэффициент усиления к* и период Т* = однозначно определяются из условия W(jω*) = — 1, когда частотная характе­ристика разомкнутой части системы проходит через точку —1 на действительной оси.

Параметры регулятора могут быть вычислены и по эксперимен­тально снятой кривой переходного процесса, по которой графичес­ки определяют τ, Т, V:

Системы регулирования не предназна­чены для выполнения функций быстрой отработки относительно больших изменений заданного значения управляемой величины.

Для управления системой необходимо описать не только объект, но и технологический цикл.