Смекни!
smekni.com

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры автоматики и компьютерных систем автф «17» сентября 2009 (стр. 5 из 6)

П-регулятор: Kp = 0.55 Kkp;

ПИ-регулятор: Kp = 0.45 Kkp; Tи = Tkp /1.2;

ПИД-регулятор: Kp = 0.6 Kkp; Tи = Tkp /2; Tд = Tkp /8 .

Расчет настроек регулятора можно производить по критической частоте собственно объекта управления ωkp. Учитывая, что собственная частота ωkp объекта управления совпадает с критической частотой колебаний замкнутой системы с П-регулятором, величины Kkp и Tkp могут быть определены по амплитуде и периоду критических колебаний собственно объекта управления.

При выведении замкнутой системы на границу колебательной устойчивости амплитуда колебаний может превысить допустимое значение, что в свою очередь приведет к возникновению аварийной ситуации на объекте или к выпуску бракованной продукции. Поэтому не все системы управления промышленными объектами могут выводиться на критический режим работы.

3.4.2 Метод затухающих колебаний

Применение этого метода позволяет настраивать регуляторы без выведения системы на критические режимы работы. Так же, как и в предыдущем методе, для замкнутой системы с П-регулятором, путем последовательного увеличения Kp добиваются переходного процесса отработки прямоугольного импульса по сигналу задания или возмущения с декрементом затухания D = 1/4.

Далее определяется период этих колебаний Tк и значения постоянных интегрирования и дифференцирования регуляторов Tи и Tд

Для ПИ-регулятора: Tи = Tк /6;

Для ПИД-регулятора: Tи = Tк /6; Tд = Tк /1.5.

После установки вычисленных значений Tи и Tд на регуляторе необходимо экспериментально уточнить величину Kp для получения декремента затухания D = 1/4. С этой целью производится дополнительная подстройка Kp для выбранного закона регулирования, что обычно приводит к уменьшению Kp на 20 ÷ 30%. Аналогичный метод настройки используется в адаптивных регуляторах американской фирмы "Фоксборо".

Большинство промышленных систем регулирования считаются качественно настроенными, если их декремент затухания D равен 1/4 или 1/5.

В настоящее время разработан новый метод настройки замкнутых систем управления, основанный на подаче пробных синусоидальных колебаний на вход регулятора. По амплитуде и фазе колебаний выходного сигнала объекта управления осуществляется расчет настроек ПИ-регулятора, исходя из условия обеспечения заданного показателя колебательности M и максимума отношения Kp / Tи.

4 Экспериментальное определение модели объекта управления

Для определения оптимальных параметров настройки регуляторов необходимы сведения о статических и динамических характеристиках объектов регулирования. Эти характеристики могут быть получены либо аналитически, либо путем активного эксперимента. При планировании эксперимента выбирают метод исследования динамики объекта, а также вид испытательного (с заранее известным характером изменения) воздействия.

Для ускорения определения динамических характеристик обычно используют метод переходных характеристик [2]. Этот метод прост, требует минимального количества аппаратуры и позволяет получить динамические характеристики объекта за короткий промежуток времени.

При определении переходной характеристики на вход объекта подают сигнал заданной формы и через определенные промежутки времени снимают показания выходной величины до установления состояния равновесия (установившийся режим).

По результатам проведенного эксперимента строится график переходной характеристики, по аналогии с рисунком 13, который несет в себе исходную информацию о модели объекта.

Рис. 13 – Экспериментальная переходная характеристика

статического объекта управления.

Такие характеристики часто называют S – образными.

Аппроксимируем переходную характеристику моделью, состоящей из запаздывающего звена и инерционного звена первого порядка

. (10)

По переходной характеристике определяют исходные данные для аппроксимации: hуст, hп, tп, T0.

Определяются значение положения точки перегиба

b = hп / hуст . (11)

Очевидно, что k = hуст. Требования, чтобы переходная характеристика инерционного звена первого порядка и производная от нее в некоторый момент времени приняли заданные значения bk и k/T0 , записываются следующим образом

. (12)

Отсюда легко найти постоянную времени аппроксимирующей модели

T1 = (1 – b) T0 . (13)

При найденном таким образом Т1 время t, при котором выполняется условие аппроксимации, определяется по формуле

t = T1 ln (T0 / T1). (14)

а время запаздывания

τ = tп – t. (15)

По номограмме (рисунок 14), используя найденные значения T1 и τ, определяются оптимальные параметры настройки регулятора. Здесь следует учитывать, что τ / Т1берется как τоб / Тоб.

Очевидно, что Коб = hуст. Тогда, с учетом выражения (2) коэффициент передачи регулятора определяется

, (4.7)

где Тим - время 100 % хода исполнительного механизма от одного конечного состояния до другого, с/ %.

Скорость исполнительного механизма Тим определяется экспериментально и составляет 195 с.

Рис. 14 – Номограмма для определения оптимальных параметров настройки регулятора РП4-Т.

5 Задание на выполнение лабораторной работы

5.1 Снять кривую разгона объекта управления, выполняя пункты 6.1 – 6.8 раздела 6. Результаты, полученные в ходе эксперимента, свести в таблицу.

Таблица 3 – Результаты эксперимента.

t, с

Θ, °С

t, с

Θ, °С

t, с

Θ, °С

5.2 Построить график кривой разгона и определить исходные данные для аппроксимации hуст, hп, tп, T0, выполняя пункты 6.9 – 6.10 раздела 6.

5.3 Рассчитать оптимальные параметры настройки регулятора РП4-Т по методу настройки с помощью номограмм: αп, τи.

5.4 На основании полученных значений оптимальных параметров настройки построить график переходного процесса и провести анализ качества процесса регулирования, выполняя пункты 6.12 – 6.16 раздела 6.

5.5 Оформить отчет по лабораторной работе.

6 Методические указания по выполнению лабораторной работы

6.1 Включить питание стенда «пульт управления и контроля процесса» нажатием кнопки «Пуск».

6.2 Убедиться в соответствии параметров настройки регулятора РП4-Т, расположенных на боковой панели органов управления, начальным значениям в соответствии с разделом 2.

6.3 Записать начальное значение температуры объекта по показанию микропроцессорного измерителя температуры 2ТРМ0.

6.4 Установить ключ управления блока БРУ-32 в положение «Ручное».

6.5 Открыть верхние и нижние жалюзи (6) на корпусе печи, совместив отверстия (рисунок 2).

6.6 Включить питание стенда «тепловой объект».

6.7 Установить стрелку индикатора указателя положения исполнительного механизма на значение 30 %, оперируя кнопками блока ручного управления БРУ-32 «Больше» и «Меньше». При данном положении исполнительного механизма величина тока, которая регистрируется миллиамперметром, составляет 21 мА.

6.8 Приступить к записи показаний температуры по микропроцессорному измерителю через каждые 15 с. По истечении 3-х минут записывать показания температуры через 30 с. Показания снимать на протяжении 15 – 20 минут до установившегося режима (~ 75 – 80 °С).

6.9 Построить кривую кривую разгона θ = f (t).

6.10 Провести касательную к кривой разгона θ = f (t), как показано на рисунке 13, и определить начальные данные hуст, hп, tп, T0 для расчета параметров аппроксимирующей модели Т1 и τ.

6.11 Произвести расчет оптимальных параметров настройки регулятора τи и αп.

6.12 Установить задание 35 % на шкале блока РЗД-12, что соответствует ~ 55 °С.

6.13 Перевести ключ блока БРУ-32 в положение «Автоматическое» и приступить к записи показаний текущих значений температуры по микропроцессорному измерителю.

6.14 Показания снимать с интервалом 30 с до установившегося режима, когда световые индикаторы «М» и «Б» на передней панели импульсного регулятора РП4-Т не горят.