Выбор параметров может быть произведен как при наличии экспериментально снятых динамических характеристик объекта управления, так и при их отсутствии.
7.2. Настройка регуляторов по динамическим характеристикам объекта
7.2.1. При настройке регуляторов по динамическим характеристикам объекта регулирования рекомендуется применять способ настройки по временным характеристикам объекта с выполнением следующих операций:
- снятие кривой разгона (кривая отклика регулируемого параметра на ступенчатое изменение регулирующего воздействия);
- построение переходной характеристики;
- сравнение полученных характеристик с типовыми и определение типа регулятора;
- определение параметров объекта τоб, Tоб, εоб, koб;
- расчет и установка значений настроек регулятора.
7.2.2. Снятие кривой разгона требует выполнения ряда условий:
- место и способ нанесения скачкообразного изменения регулирующего воздействия должны соответствовать возможным реальным изменениям в настраиваемом контуре регулирования;
- для систем стабилизации кривая разгона должна сниматься в окрестности рабочей точки процесса;
- для выявления асимметрии объекта необходимо наносить как положительные, так и отрицательные скачки управляющего воздействия с последующим усреднением характеристик;
- при наличии шумов и помех рекомендуется снимать несколько кривых разгона с последующим их наложением друг на друга и усреднением;
- снятие кривых разгона рекомендуется производить при стабильных режимах технологического оборудования, когда воздействие случайных процессов маловероятно (например, в ночные смены);
- амплитуда скачкообразного возмущения не должна превышать допустимых значений.
Для удобства обработки кривой разгона ее следует привести к виду переходной характеристики h(t), нормировать (начальное значение регулируемого параметра в момент нанесения скачка управляющего воздействия принимается за «0», установившееся – за «1») и провести прямую через точку перегиба А (рисунок 7.1). Полученная ломаная кривая, аппроксимирующая переходную характеристику h(t), используется при определении параметров регулятора.
7.2.3. По переходной характеристике h(t) и ломаной кривой (рисунок 7.1) опре- деляют параметры, характеризующие объект регулирования: значение hA в точке перегиба А; значение hB принимается равным 0,80 – 0,85 (точка В); моменты време- ни t A, t В в точках А и В; τз , Тоб. – времена задержки переходной характеристики и ап- проксимирующей кривой соответственно, τд – длительность переходной задержки.
Рисунок 7.1 – Кривая разгона
Передаточная функция определяется по формуле:
(1) Полное время запаздывания τоб равно:
(2)Коэффициент усиления объекта ko6 определяется как отношение приращения выходного сигнала к приращению управляющего воздействия в окрестности рабочей точки.
7.2.4. Для быстрой приближенной оценки значения параметров настройки рекомендуется использовать расчетный метод определения уставок регуляторов по характеристикам объекта ko6, Тоб, τоб .
Расчет параметров для объектов регулирования с самовыравниванием следует проводить по формулам таблицы 7.1, для объектов регулирования без самовыравнивания – по формулам таблицы 7.2.
В формулах таблиц 7.1 и 7.2 предполагается, что регулятор настраивается с зависимыми настройками, передаточная функция которого имеет вид:
(3) Таблица 7.1 – Формулы для расчета параметров настройки регуляторов объектов с самовыравниванием
Imin – процесс регулирования с минимальным интегральным показателем 7.2.5. Динамические характеристики рекомендуется снимать после испытаний отдельных аппаратов и устройств автоматизированной системы.
Таблица 7.2 – Формулы для расчета параметров настройки регуляторов объектов без самовыравнивания
Пример Настройка регулируемого параметра – температуры Т.
- Подключить приборы для регистрации регулируемого параметра Т и провести измерения:
показаний измерителя-регулятора в определенные моменты времени, отсчитываемые по секундомеру (для инерционного объекта);
показаний измерителя-регулятора с помещью компьютера, оснащенного блоком последовательного интерфейса (для всех объектов);
Построить графики изменения температуры при подаче на вход ИМ напряжений U p = 5 В (среднее положение регулирующего органа), 10 В (максимальное отклонение регули- рующего органа) и снова 5 В (возврат в среднее положение);
Рисунок 7.2 – Усредненная кривая разгона
- Пронормировать кривую по разности температур |Tуст– Tнач| и построить переходную характеристику h(t), подобную характеристике на рисунке 7.1;
- Определить параметры объекта регулирования:
(4)
(5)- По полученным характеристикам объекта и формулам таблицы 7.1 определить параметры настройки регулятора;
- Установить выбранные параметры в соответствии с инструкцией по эксплуатации регулятора, снять переходную характеристику замкнутой системы и по ее виду при необходимости провести корректировку параметров;
- Произвести выбор способа регулирования, руководствуясь результатами анализа объекта управления.
7.3. Настройка регуляторов без снятия динамических характеристик объекта
7.3.1. Настройку регуляторов без снятия динамических характеристик в смонтированных и работоспособных автоматизированных системах осуществляют экспериментально.
7.3.2. Одним из методов настройки без снятия динамических характеристик является последовательное изменение настроек при фиксации формы характеристики переходного процесса.
Для настройки ПИ-регулятора при максимальном значении времени Ти (см. таблицу 7.1) следует в несколько приемов увеличить kp , и при каждом новом значении kp анализировать кривую переходного процесса по выбранному критерию качества. Необходимо зафиксировать kp , соответствующий оптимальному критерию в этой серии опытов, и изменять Ти , определяя его значение, соответствующее наилучшей форме переходного процесса по выбранному критерию. Процедуру следует повторять до тех пор, пока любое изменение (увеличение или уменьшение) kp и Ти не будет приводить к ухудшению формы характеристики переходного процесса. Из-за большого числа подобных процедур данный метод настройки является трудоемким и малоэффективным.
7.3.3. Более приемлемым является метод незатухающих колебаний. Для регулировки данным методом необходимо выключить интегральную и дифференциальную составляющие регулятора (Ти = ∞, Тр = 0), в результате чего система пере- ведется в пропорциональный закон регулирования (П-регулятором), регулируемую величину можно будет определить одним из способов по 7.1. Путем последовательного увеличения kp , с одновременной подачей небольшого скачкообразного изменения коэффициента усиления, необходимо добиться возникновения в системе незатухающих колебаний с периодом Ткр (рисунок 7.3), фиксируя при этом значение kкp , соответствующее значению Ткр , и по полученным kкp и Ткр рассчитать параметры настройки регулятора из соотношений:
для П-регулятора kp = 0,55kкр ;
- для ПИ-регулятора kp = 0,45Tкр ;
Ти = Tкр /1,2;
- для ПИД-регулятора kp = 0,6kкp ;
Ти = Tкр /2; TД = Tкр /8
7.3.4. Во избежание аварийных ситуаций, возникающих на некоторых объектах при выходе за критический режим, применяют метод затухающих колебаний, используя пропорциональную составляющую (П-регулятор).
Увеличивая kр , добиваются затухающего переходного процесса отработки небольшого изменения сигнала задания с декрементом затухания D=ln(А1 /А3 )=1/4 (рисунок 7.4). Далее следует определить Ткр , по которому Tи и TД находятся из соотношений: - для ПИ-регулятора Ти = Tкр /6; - для ПИД-регулятора Tи = Tкр /6; TД = Tкр /1,5. Полученные значения Tи и TД следует установить на регуляторе и экспериментально уточнить kp (обычно kp составляет 70 % – 80 % k кp), при котором декремент затухания D равен 1/4 или 1/5.
Рисунок 7.3 – Форма сигнала в методе незатухающих колебаний
