Алгоритмический метод наладки

 

При использовании алгоритмического метода наладки эксперимент проводится со всей системой регулирования (ОР + регулятор).

Однако, получаемые настроечные параметры обеспечивают не оптимальные, а допустимые показатели качества работы САР.

Схема алгоритма наладки приведена на рис. 19.11.

 

Порядок наладки:

1 Объект регулирования с включенным регулятором выводится на постоянную нагрузку (≈50%) Fo.

2 Устанавливается минимально возможное значение коэффициента пропорциональности регулятора Кр.

3 В регуляторе отключается дифференцирование и интегрирование (если они имеются).

4 Проверяется, что САР находится на установившемся режиме.

5 Нагрузка объекта изменяется на величину dF = 10-15%.

6 Регистрируется изменение регулируемой величины до выхода САР на установившийся режим.

Пример графиков изменения регулируемой величины приведены на рис. 19.12, где линия 1 соответствует минимальному Кр.

7 Устанавливается начальная нагрузка объекта Fo и САР выводится на установившийся режим.

8 Постепенно увеличивается значение Кр и повторяется изменение нагрузки ОР (то есть производится переход к п. 5 алгоритма).

9 П.п. 5 - 8 повторяются до тех пор, пока переходный процесс по регулируемой величине будет иметь заметное перерегулирование dX м2 (см. рис. 19.12).

 

При наладке П регулятора:

10 Оценивается максимальная статическая ошибка САР

           Естм = E ст2 100 / dF,          где dF в %.

11 Если Естм не превосходит допустимую величину Естд наладку П регулятора на этом можно закончить.

12 При недопустимом значениии Естм и допустимости для ОР переходных процессов с перерегулированием следует далее увеличивать Кр и повторять п.п. 5 - 8 алгоритма до тех пор, пока (линия 3 на рис. 19.12) не достигнет допустимого значения один из следующих показателей в пересчете на 100 процентное изменение нагрузки:

- максимальное динамическое отклонение (перерегулирование)
                                               Едмд (100/ dF)>Едмд,
- максимальное (или минимальное при другом знаке dF) значение регули-
    руемой величины Хм3> X мд,
- максимальная статическая ошибка Ест3(100/ dF)>Естд.

 

 

Рис. 19.11 Схема алгоритма настройки.

 

Рис. 19.12 Настройка коэффициента пропорциональности.

 

При наладке ПИ регулятора:

13 В регуляторе включается интегрирование и устанавливается максимальное значение времени интегрирования Ti.

14 Устанавливается начальная нагрузка объекта Fo и САР выводится на установившийся режим.

15 Нагрузка объекта изменяется на величину dF = 10-15%.

16 Регистрируется изменение регулируемой величины до выхода САР на установившийся режим.

Графики изменения регулируемой величины приведены на рис. 19.13, где линия 1 соответствует максимальному Ti.

17 Устанавливается начальная нагрузка объекта Fo и САР выводится на установившийся режим.

18 Постепенно уменьшается значение Ti и повторяется изменение нагрузки ОР (то есть производится переход к п. 15 алгоритма).

19 П.п. 15 -1 8 повторяются до тех пор, пока переходный процесс по регулируемой величине будет заметно колебательным (линия 2 на рис. 19.13).

20 Если перерегулирование Едм2 в пересчете на 100 процентное изменение нагрузки или максимальное (минимальное при другом знаке dF) значение регулируемой величины X м2 будут близки к предельно допустимым значениям наладку ПИ регулятора на этом можно закончить.

21 Если имеется достаточный запас по Едм2 и X м2 и для ОР допустимы колебательные переходные процессы, то можно попытаться далее уменьшать Ti и повторять п.п. 15 - 18 алгоритма до достижения Едм2 или X м2 предельно допустимого значения.

При этом можно ожидать уменьшения времени переходного процесса.

 

Рис. 19.13 Настройка времени интегрирования

 

При наладке ПИД регулятора:

21 Определяется значение времени дифференцирования Т d = 0.1 Ti.

22 В регуляторе включается дифференцирование и устанавливается вычисленное значение Т d.

23 Устанавливается начальная нагрузка объекта Fo и САР выводится на установившийся режим.

24 Нагрузка объекта изменяется на величину dF = 10-15%.

25 Регистрируется изменение регулируемой величины до выхода САР на установившийся режим.

26 Оценивается влияние дифференцирования на качество работы САР.

Пример переходных процессов показан на рис. 19.14, где линия 1 соответствует ПИ регулятору, а линия 2 – ПИД регулятору. Из сравнения графиков можно сделать вывод, что в данном случае дифференцирование немного улучшает качество работы САР.

 

Рис. 19.14 Настройка времени дифференцирования.

 

19.6 Проверка работы регулятора и уточнение настроечных
параметров

Настроечные параметры регулятора, определенные одним из рассмотренных выше методов, могут не обеспечить требуемое качество работы САР по следующим причинам:

- оптимальные параметры настройки определяются для переходных процессов при изменении задания регулируемой величины, тогда как для судовых объектов регулирования (кроме главных дизелей) более характерны переходные процесс при изменении нагрузки ОР;

- при оптимальных параметрах настройки регуляторы и объекты описывались линейными уравнениями, тогда как и регуляторы и ОР являются нелинейными динамическими элементами;

- изменение нагрузки при настройке составляет 10-15%, тогда как наиболее тяжелыми являются режимы максимального изменения нагрузки судовых агрегатов и механизмов;

- при определении настроечных параметров по характеристикам объектов регулирования используются приближенные модели объектов, которые, как правило, имеют худшие динамические свойства по сравнению с реальными ОР.

По этим причинам в результате настройки часто получают уменьшенное значение коэффициента пропорциональности и увеличенное значение времени интегрирования, в результате чего реальная САР, как правило, будет иметь:
- хорошие запасы устойчивости,
- затянутые по времени переходные процессы,
- повышенную статическую ошибку (для П регуляторов),
- недопустимые максимальные и минимальные значения регулируемой вели-
чины при больших и резких изменениях нагрузки ОР.

В связи с этим, после определения параметров настройки регуляторов необходима проверка работы САР и, при необходимости, уточнение параметров настройки.

Проверка и уточнение может быть выполнена следующим образом:

1 Проверить работу САР на нескольких постоянных нагрузках при небольших
(10-20%) увеличениях и уменьшениях нагрузки.

2 При необходимости уточнить значения настроечных параметров регулятора. Для уточнения параметров можно применять алгоритмический метод, причем определенные до этого значения параметров следует принять в качестве начальных данных.

3 Проверить работу САР при возможно больших и резких изменениях нагрузки.

Такими изменениями могут служить:
- для судового парового котла – отключение всех потребителей пара на полной
нагрузке котла и подключение потребителей при малой нагрузке;
- для электрогенератора – отключение всех потребителей электроэнергии на
полной нагрузке и подключение потребителей возможно большей мощности
на холостом ходу генератора;
- для главного дизеля – задание аварийного полного переднего хода при работе
дизеля на малом ходу и включение аварийного снижения частоты вращения
(режим Slow Down) при работе дизеля на полном ходу.

Для уточнения настроечных параметров регулятора при данной проверке также можно применять алгоритмический метод.

Кроме того, можно руководствоваться качественным влиянием настроечных параметров на работу системы регулирования, приведенным в таблице 19.7.

Наконец, самое общее качественное влияние составляющих закона регулирования на работу системы автоматического регулирования проявляется в следующем:

- пропорциональная – хорошая устойчивость, но имеется статическая ошибка,
- интегральная       – уменьшенная устойчивость, но без статической
                                    ошибки,

- дифференциальная – дополнительное затухание колебаний, увеличенная
                                     устойчивость при правильной настройке.

 

                                                                              Таблица 19.7

Влияние параметров корректирующего устройства на работу САР.

 

Составляющие закона регулирования	Параметр	Изменение параметра	Устойчи вость САР	Время пере ходного процесса	Статическое от клонение
Пропорциональная	Кр	больше	умень- шается	уменьшается	умень-шается
		меньше	увеличи- вается	увеличивается	увеличи- вается
Интегральная	Ti	больше	увеличи- вается	увеличивается
		меньше	умень- шается	уменьшается
Дифференциальная	Td	больше оп- тимального	умень- шается	уменьшается
		меньше оптимальн.	увеличи- вается	увеличивается

Наладка каскадных систем

 

Каскадные системы регулирования относятся к классу многоконтурных систем, динамическое поведение (и, следовательно, наладка) которых в общем случае намного сложнее поведения и настройки одноконтурных систем.

Однако, каскадные системы регулирования представляют собой наиболее простой вид многоконтурных систем, поскольку они не содержат перекрещивающихся связей (см. рис. 2.14, 2.15).

Это дает возможность выполнять наладку таких систем путем разделения системы на простейшие контуры, начиная с внутреннего.

Целью наладки каскадных систем является определение настроечных параметров всех последовательных корректирующих устройств, обеспечивающих требуемое качество работы как каждого контура системы, так и всей системы в целом.

Поскольку в корректирующих устройствах всех каскадов, как правило, применяются типовые законы регулирования, то наладка заключается в определении для КУ значений соответствующих коэффициентов пропорциональности, времен интегрирования и времен дифференцирования.

Наладка каскадной системы упрощается, если инерционность каждого внутреннего контура существенно меньше инерционности контура, внешнего по отношению к данному контуру.

В этом случае динамические свойства внутреннего контура слабо влияют на поведение (и наладку) внешнего контура, и внутренний контур в составе внешнего можно рассматривать как элемент, передаточную функцию которого приближенно можно принять равной единице.

Для настройки выделяемых контуров каскадной системы могут применяться рассмотренные выше в методы наладки простых одноконтурных систем регулирования.

 

Далее приводятся алгоритмы наладки двух- и трехкаскадных систем регулирования, функциональные схемы которых представлены на рис. 2.14 и 2.15.

Этот же подход может быть применен, если схема каскадной системы не полностью совпадает с рассмотренными случаями или количество каскадов боле трех.