Рис.4.8.
Переходная функция одноёмкостного звена с запаздыванием Рис. 4.9.
Передаточная функция многоемкостной разомкнутой системы заменяется передаточной функцией одноемкостного звена, включённого последовательно со звеном запаздывания и имеет вид:
W(s) = Ko(e^(-z*s))/(Т*S+1),
где z - время запаздывания;
Т - инерционная постоянная;
Ко - статический коэффициент усиления.
В замкнутой САР на выходе дифференциального датчика давления подключен манометр со шкалой, тарированной в единицах вязкости - секундах Редвуда (сR); изменение пневматического сигнала от 0 до 100 кПа (давление Р2) соответствует изменению вязкости топлива от 0 до 120 сR. Рабочий диапазон сигналов на входе (Р2) и выходе (Р3) промежуточного усилителя составляет от 20 до 100 кПа. Номинальный расход топлива в системе Вном=3000 кг/ч. Испытания проводятся при номинальном расходе топлива.
Статические свойства объекта регулирования по каналу внешнего воздействия (изменению расхода топлива через подогреватель) представлены в таблице 4.4.
Таблица 4.4.
Зависимость вязкости топлива от его расхода
Коэффициент усиления Коl по внешнему воздействию вычисляем как угловой коэффициент касательной к кривой, выражающей зависимость регулируемой величины от нагрузки:
Коl = [(67,5-155)-(63,2-155)]/[3150-2850] = 0,0143 сR/ кг/ч.
Безразмерное значение коэффициента:
Коl = 0,0143 Вном/hmax = 0,358
Посредством задатчика дистанционного управления сообщаем системе ступенчатое возмущение равное DРупр = 8 кПа.
Относительная величина возмущения:
lо= DРупр/(Р3max-P3min) = 8/(100-20)=0,1=10%
Результаты эксперимента - переходная функция разомкнутой системы автоматического регулирования вязкости топлива и расчёт приведены в таблице 4.5.
Согласно источника [12] , постоянная времени Т и время запаздывания Z вычисляются по следующим выражениям, обеспечивающим оптимальное аппроксимирование по минимуму среднеквадратичной погрешности:
Т = [(n-k)*Sfi^2 - (Sfi)^2]/[(n-k)*S(fi*yжi) - Sfi*Syжi].
Z = [Sfi*S(fi* yжi) - Sfi^2*Syжi]/[(n-k)*S(fi*yжi) - Sfi*Syжi].
Здесь n=200; k=40 - время, при котором считается, что экспериментальная точка отклоняется от оси абсцисс.
Sfi^2 = 327200 с^2 ; Sfi = 1800 с; S(fi*yжi) = 3419,3 ; Syжi = 17,07;
(Sfi)^2 = 3240000 с^2.
Т = 95,12 с ; Z = 0,12+20,0 = 20,12 с
Коэффициент усиления системы по регулирующему воздействию определяется как отношение ординаты асимптоты к возмущению.
В безразмерной форме:
КoR = h¥/hmax : DPупр/(P3max-P3min)
KoR = 7,5/120 : 8/(100-20) = 0,625
Используя полученные результаты, можно определить оптимальные параметры настройки САР вязкости тяжёлого топлива. Согласно источника [12] :
КR = A/Ko * (Z/T)^(-B) ;
Ти = Т*С*(Z/T)^D.
Если в качестве критерия оптимальной настройки выбираем критерий минимума интеграла от модуля ошибки то :
А = 1,0 ; В = 0,99 ; С = 1,6 ; D = 0,71 .
Тогда: КR = 1/0,625 *(20,11/95,12)^(-0,99) = 7,45 ;
Ти = 90,7*1,6*(20,11/95,12)^0,71 = 48,15 с.
Если выбираем критерий минимума интеграла от квадрата отклонения то:
А = 0,9 ; В = 0,98 ; С = 1,5 ; D = 0,68
Тогда: КR = 0,9/0,625 * (20,11/95,12)^(-0,98) = 6,60 ;
Ти = 90,7 * 1,5 *(20,11/95,12)^0,68 = 47,30 с.
Как видно, в зависимости от критерия оптимальной настройки оптимальные параметры настройки изменяются. Вопрос о выборе того или иного критерия качества переходного процесса не имеет однозначного ответа. В данном случае наилучшим критерием качества работы САР представляется интеграл от модуля ошибки, так как обычно ухудшение качества регулирования представляется линейной функцией ошибки. Ввиду этого окончательно выбираем:
* коэффициент усиления регулятора КR =7,45 ;
* время интегрирования Ти = 48,15 с.
4.4.4 Определение параметров настройки регулятора по характеристикам замкнутой системы
Кроме методов настройки регулятора по характеристикам разомкнутой системы существуют методы настройки регуляторов по характеристикам замкнутой системы. Существуют два метода расчёта оптимальных параметров настройки, основанные на характеристиках переходных процессов либо в форме незатухающих колебаний (при КR/КR кр = 1), либо при дискременте затухания 0,25. Разработан также экспресс-метод оценки параметров настройки в замкнутом контуре по величине запаздывания.
Для определения оптимальных параметров настройки САР вязкости топлива по методу незатухающих колебаний прежде всего устанавливают время интегрирования регулятора равным бесконечности. Далее, постепенно увеличивая коэффициент усиления регулятора, ухудшают устойчивость системы, добиваясь её выхода в режим незатухающих колебаний. При достижении этих условий фиксируется значение коэффициента усиления КRкр и период колебаний Тпр . Тогда оптимальные настроечные параметры определяются по формулам:
КR = 0,45*КR кр;
Ти = 0,83* Тпр .
Такой эксперимент был проведён на судне серии «Астрахань». В данном случае выходной сигнал (давление Р) снимается на выходе из регулятора. Если в замкнутой системе возникли установившиеся колебания на границе устойчивости, частота их будет одинаковой на выходе любого из звеньев системы: объекта, сервопривода, измерителя, регулятора. Поэтому наблюдение за колебаниями производят там, где амплитуда хорошо различима. В данном случае отмечалось давление на выходе из регулятора. Как видно, для экспериментального определения значений критического коэффициента усиления КR кр и предельного периода колебаний Тпр достаточно провести небольшое число опытов, так как по дискременту затухания первой полученной кривой переходного процесса можно судить о том, насколько коэффициент усиления близок к критическому значению. При режиме незатухающих колебаний было зафиксировано, что КRкр = 12,5 , а Тпр = 4 мин . Тогда оптимальные параметры настройки:
КR = 0,45*КRкр = 0,45*12,5 = 5,63 ;
Ти = 0,83*Тпр = 0,83*4 = 3,3 мин.
5. Техническое обслуживание и ремонт регуляторов температуры
Основными эксплуатационными недостатками регуляторов температуры прямого и непрямого действия, распространённых на морских транспортных судах отечественного флота, являются утечка рабочей жидкости, пропуски воды в соединении с регулирующим органом, отложение накипи в регулирующем органе. Рекомендуется через каждые 1000 часов работы вскрывать регулирующий орган для очистки от накипи. Периодически, через каждые 2,5¸3 года работы, следует заменять измерительный элемент. В случаях, когда регулятор не обеспечивает поддержание заданной температуры, причиной неисправности обычно является поломка или ослабление возвратной пружины, в результате чего регулирующий орган не перемещается при уменьшении температуры регулируемой среды.
Преимущественное распространение на морских отечественных судах получили РТНД пневматического типа. Эксплуатация таких регуляторов сводится к проверке плотности соединений магистралей сжатого воздуха и обеспечению надлежащего качества воздуха. Последнее достигается путём своевременной продувки маслоотделителей и очистки воздушных фильтров. Периодически, один раз в год, следует проводить полную проверку регулятора. При этом надо обращать особое внимание на состояние мембран и дросселей. Мембраны со следами выпучин необходимо заменять. Неисправности в работе пневматических регуляторов в большинстве случаев возникают от попадания в воздух воды, масла, механических примесей. Приведённые в таблице 4.6. возможные неисправности регуляторов типа РТНД и ТРП характерны и для других пневматических регуляторов непрямого действия.
