Проектирование автоматической системы управления температурным режимом печи пиролиза П-101 установки (стр. 8 из 16)

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: ω_рек=[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.

Режим работы	По заданию		По возмущению
АСР	Одноконтурная	Каскадная	Одноконтурная	Каскадная
Степень затухания y	0,75	0,75	0,75	0,99
Максимальный выброс, ºС	0,28	0,28	6,4	0,001

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.

Передаточную функцию устройства ввода воздействия от возмущения целесообразно выбирать в виде:

(4.3)

Рассчитаем устройство ввода компенсирующего воздействия.

Возмущение по температуре топочных газов на перевале подается на вход эквивалентного объекта:

(4.4)

Структурная схема комбинированной системы управления в Simulink представлена на рисунке 4.17.

Рис. 4.18. Модель комбинированной АСР.

Сравним работу комбинированной с одноконтурной системой по каналу внешнего возмущения.

Рис. 4.18. Выход комбинированной и одноконтурной систем при отработке внешнего возмущения.

Таблица 4.2. Сравнение одноконтурной и комбинированной АСР температуры.

Режим работы	По возмущению
АСР	Одноконтурная	Комбинированная
Время регулирования T, c	7790	5360
Степень затухания y	0,83	0,95
Максимальный выброс, ºС	1	0,09

Из анализа рисунка 4.18 видно, что комбинированная система надежно отрабатывает внешние возмущения. Выброс и время регулирования в системе с компенсатором меньше, чем в системе без него.

4.7 Расчет и моделирование системы с учетом нелинейностей

При реализации АСР на реальном объекте на качество переходного процесса влияют нелинейности ТСА. Принимая во внимание эту особенность, необходимо смоделировать АСР с учетом таких нелинейностей.

Для моделирования системы с учетом нелинейностей необходимо знать зону нечувствительности датчиков, используемых на объекте, а также люфт исполнительного устройства (клапана).

1) Термопара YOKOGAWA CH тип Кс нормирующим преобразователем YTA310: класс точности равен 0,5%, рабочая температура- 850 ^оС

2) Для измерения расхода пара и исходного газа выберем Вихревой расходомер Digital YEWFLO фирмы Yokogawa:

3)ИМ: люфт 0,05.

Приблизим полученные модели к реальным условиям, т.е. подадим возмущения, наложим случайные помехи на сигнал возмущения и учтем нелинейность элементов. Тогда модели примут следующий вид – рисунки 4.20, 4.21.

Рис. 4.20. Модель каскадной АСР температуры продукта с учетом нелинейностей.

Рис. 4.21. Модель комбинированной АСР температуры продукта с учетом нелинейностей.

Рис. 4.22. Выход АСР температуры с нелинейностями и без нелинейностей по каналу задания.

Рис. 4.23. Выход АСР температуры с нелинейностями и без нелинейностей по каналу внешнего возмущения.

4.8 Реализация системы управления

Смоделированную систему управления предлагается реализовать в распределенной системе управления CS-3000 фирмы Yokogawa.

Обычно, при конфигурировании используется следующая последовательность разработки:

1. Сначала принимаются общие концептуальные решения, которые относятся к системе в целом и ко всему объекту.

2. Переход на следующий уровень детализации системы, на котором принимаются решения о логическом представлении системы в виде областей. Области являются логическими составляющими представления системы управления процессом. Они могут соответствовать как конкретным аппаратам системы, так и основным технологическим функциям.