Проектирование автоматической системы управления температурным режимом печи пиролиза П-101 установки получения технического водорода

Рис. 4.10 структурная схема каскадной АСР

Сравнение одноконтурных и каскадных АСР показывает, что вследствие более высокого быстродействия внутреннего контура в каскадной АСР повышается качество переходного процесса, особенно, при компенсации возмущений, поступающих по каналу регулирования как будет показ

ано ниже, при этом инерционность эквивалентного объекта благодаря внутреннему контуру снижается по сравнению с инерционностью основного канала регулирования.

Рассчитываем каскадную АСР и определяем настройки основного и вспомогательного регуляторов при заданных динамических характеристиках объекта по основному и вспомогательному каналам:

1) Рассчитываются настройки стабилизирующего регулятора.

2) Определяются параметры корректирующего регулятора, для которого объектом является эквивалентный объект.

Эквивалентный объект включает в себя передаточную функцию системы по каналу температуры и одноконтурную САР расхода топливного газа. На рис. 4.10 представлена модель эквивалентного объекта в пакете Simulink программы MATLAB, а на рисунке 4.11 – кривая разгона эквивалентного объекта.

Рис. 4.11. Эквивалентный объект для расчета параметров основного регулятора в приложении Simulink.

Рис. 4.12. Кривая разгона эквивалентного объекта.

Аппроксимируем полученную кривую для эквивалентного объекта с помощью программы LinRegTV.

Используя данную переходную характеристику, методом Симою была рассчитана передаточная функция эквивалентного объекта:

(4.2)

· СКО=0,012;

· Диапазон частот: ωрек=[0 ; 0,002] (сек-1).

КЧХ эквивалентного объекта представлена ниже (см. также Приложение Е):

Рис. 4.13. КЧХ эквивалентного объекта.

Произведем расчет оптимальных настроек основного регулятора каскадной АСР температуры продукта в прикладной программе LinRegTV:

Настройки ПИ-регулятора (метод Ротача):

·

·

· ;

· ;

· ;

· .

Используя полученные настройки регулятора, построим с помощью пакета Simulink программы Matlab модель каскадной системы управления, которая представлена на рисунке 4.13.

Рис. 4.14. Модель каскадной АСР температуры продукта на выходе печи по одному потоку.

4.5 Сравнение одноконтурных и каскадных АСР

Для сравнения каскадных и одноконтурных систем регулирования температуры продукта на выходе печи воспользуемся моделями одноконтурных и каскадных АСР, которые изображены на рисунках 4.9 и 4.14.

Рассмотрим переходные процессы изменения температуры продукта на выходе печи в зависимости от величины задания и возмущения.

На рисунках 4.15 и 4.16 показано, как смоделированные нами одноконтурные и каскадные системы регулирования температуры отрабатывают задание и 5% возмущение.

Рис. 4.15. Выход систем по заданию.

Рис. 4.16. Выход систем по внутреннему возмущению.

Для анализа работы систем обратимся к таблице 4.1.

Таблица 4.1. Сравнение одноконтурной и каскадной АСР температуры.

Проанализировав работу каскадных и одноконтурных АСР, можно сделать вывод о том, что каскадные системы менее чувствительны к внутренним возмущениям и обладают несколько большим быстродействием. Максимальный выброс каскадных АСР при отработке задания и возмущения меньше, чем максимальный выброс одноконтурных АСР.

4.6 Расчет и моделирование комбинированной системы

Помимо внутренних возмущений на систему могут оказывать влияния и внешние возмущения. Для уменьшения влияния подобных возмущений на систему применяются комбинированные схемы регулирования.

Комбинированные схемы, как и схемы, работающие только на принципе компенсации возмущений, позволяют принципиально получать системы регулирования, инвариантные относительно тех возмущений, дополнительные воздействия от которых вводятся в систему. Объясняется это тем, что в таких схемах, как и в обычной одноконтурной схеме, имеется только один замкнутый контур передачи воздействий через регулируемый объект и регулятор. В связи с этим в схемах с компенсацией возмущений имеется принципиальная возможность выбирать желаемые передаточные функции устройств ввода возмущений, не опасаясь потери системой устойчивости.

Рис. 4.17. Структурные схемы комбинированных систем регулирования.

Целью расчета настройки системы с компенсацией возмущений является такой выбор оптимальных параметров настройки регулятора и устройств ввода воздействий по возмущениям, чтобы система, имея необходимый запас устойчивости, работала с наибольшей достижимой точностью. Необходимо отметить, что выполнение условий абсолютной инвариантности или возможно далеко не всегда, так как передаточные функции, полученные по этим формулам, могут быть либо совершенно физически нереализуемыми, либо их реализация технически очень сложна. На практике чаще всего стремятся выбирать устройства ввода воздействий от возмущений в виде наиболее просто технически реализуемых элементарных звеньев. К сожалению, эти звенья только в сравнительно очень редких случаях позволяют выполнить условия абсолютной инвариантности. Поэтому обычно приходится решать задачу выбора настройки устройств ввода, при которой будет осуществлено наилучшее приближение к условиям абсолютной инвариантности.

 Скачать реферат