Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры автоматики и компьютерных систем автф «17» сентября 2009 (стр. 3 из 4)

LabVIEW - система программирования общего назначения, но она также включает библиотеки функций и инструментальных средств разработки, разработанные специально для ввода данных и управления виртуальными приборами. Функционирование ВП имитирует фактические инструменты.. ВП имеют диалоговый интерфейс пользователя, исходный кодовый эквивалент, и принимают параметры с высшего уровня ВП.

Диалоговым интерфейсом пользователя ВП названа внешняя панель, из-за того, что она имитирует панель физического инструмента. Внешняя панель может содержать кнопки, графы, и другие указатели. Вы вводите данные, используя мышь и клавиатуру, или обеспечиваете поступление информации от внешнего источника, и затем просматриваете результаты на экране компьютера.

5. Настройка регулятора

Для проведения настройки регулятора необходимо произвести синтез системы.

Для синтеза цифровой системы управления гидравлическим объектом необходимо предварительно провести математическое описание всех ее звеньев в отдельности. Описание звеньев осуществляется аналитически, в виде уравнений, связывающих входные и выходные величины звена. Затем по уравнениям отдельных звеньев составляется уравнение всей системы и на его основании исследуется система в целом.

В этом случае, как нельзя лучше, подходит структурная схема системы, в которой каждое звено обозначено передаточной функцией. Эта структурная схема представлена на рис.4.

На рисунке 4 введены следующие обозначения:

W_РИМ(р) – передаточная функция алгоритма РИМ Ремиконта Р-130;

W_ИМ(р) – передаточная функция исполнительного механизма;

W_РЕГ(р) – передаточная функция регулятора;

W_РО(р) – передаточная функция регулирующего органа;

W_ОУ(р) – передаточная функция объекта управления;

W_ДАТ(р) – передаточная функция датчика;

W_Of(р) – передаточная функция объекта по возмущающему воздействию.

Для удобства математического описания и упрощения расчетов объединяем исполнительный механизм и алгоритм импульсного регулирования Ремиконта Р-130 – РИМ в одно звено, называемое регулятором. В результате получается, что для получения математического описания системы управления гидравлическим объектом необходимо получить математическое описание регулятора, регулирующего органа, объекта управления и датчика.

ПИД звено алгоритма РИМ осуществляет пропорционально-интегро-дифференцирующий закон регулирования и имеет передаточную функцию:

, (1)

где Т_М – время полного перемещения исполнительного механизма, движущегося с максимальной скоростью;

К_П, Т_И, К_Д – соответственно коэффициент пропорциональности, постоянная времени интегрирования и коэффициент дифференцирования, равный К_Д = Т_Д /Т_И (при К_Д, Т_И > 819, значение Т_Д = Ґ).

В сочетании с интегрирующим исполнительным, механизмом имеющим передаточную функцию

, общая передаточная функция регулятора с алгоритмом РИМ будет иметь вид:

(2)

Для упрощения расчетов при синтезе системы возможно использование регулятора с ПИ (пропорционально-интегральным) законом регулирования. Для этого примем коэффициент дифференцирования К_Д = 0. В этом случае передаточная функция регулятора, представленная в выражении 2, примет вид:

. (3)

Передаточная функция регулирующего органа имеет вид:

, (4)

так как, это звено можно считать безинерционным.

Объект управления является интегрирующим звеном, таким образом его передаточная функция будет иметь вид:

, (5)

где Т_И.ОУ – постоянная времени интегрирования объекта управления.

Передаточная функция датчика уровня имеет вид:

, (6)

где К_ДАТ – коэффициент передачи датчика.

Используя передаточные функции всех звеньев выведем передаточную функцию разомкнутой системы, получающейся при разрыве цепи обратной связи, структурная схема которой представлена на рис.5.

Передаточная функция разомкнутой системы будет иметь вид:

, (7)

где W_РЕГ(р) – передаточная функция регулятора;

W_РО(р) – передаточная функция регулирующего органа;

W_ОУ(р) – передаточная функция объекта управления;

W_ДАТ(р) – передаточная функция датчика.

Подставив имеющиеся передаточные функции отдельных звеньев в выражение 7, получим:

. (8)

Передаточная функция замкнутой системы, структурная схема которой соответствует структурной схеме представленной на рис.4, имеет вид:

, (9)

где W_РС(р) – передаточная функция разомкнутой системы.

Подставив значения отдельных передаточных функций звеньев и преобразовав полученное выражение, имеем:

. (10)

Определение параметров системы

Для определения параметров системы необходимо знать способы регулирования уровня.

В общем случае изменение уровня описывается уравнением вида:

, (11)

где S – площадь горизонтального (свободного) сечения аппарата, в данном случае емкости;

L – уровень жидкости в емкости;

G_ВХ, G_ВЫХ – расходы жидкости на входе в емкость и выходе из нее;

G_ОБ – количество жидкости, образующейся (или расходуемой) в емкости за единицу времени.

В зависимости от требуемой точности поддержания уровня применяют один из следующих двух способов регулирования:

1) позиционное регулирование (поддержание уровня в широких пределах (L_Н Ј L Ј L_В);

2) непрерывное регулирование, при котором обеспечивается стабилизация уровня в заданном значении, т.е. L = L⁰.

В нашем случае выполняется непрерывное регулирование, при отсутствии фазовых превращений в аппарате уровень в нем регулируют одним из трех способов:

- изменением расхода жидкости на входе в аппарат (регулирование на «притоке»);

- изменением расхода жидкости на выходе из аппарата (регулирование на «стоке»);

- регулированием соотношения расходов жидкости на входе в аппарат и на выходе из него с коррекцией по уровню.

Проанализировав вышеизложенное приходим к выводу, что в имеющейся системе применяется непрерывное регулирование уровня изменением расхода жидкости на входе в аппарат (непрерывное регулирование на «притоке»).

Коэффициент передачи регулирующего органа находится из следующего выражения:

,

.

Постоянная времени интегрирования объекта управления равна:

. (12)

При определении коэффициента передачи датчика наблюдается линейная зависимость значений его выходных параметров от входных. При уровне жидкости в емкости Е2 равном нулю, входной сигнал регулятора, который является смещенным и отмасштабированным выходным сигналом датчика, равен 0%. При максимальном уровне жидкости в емкости Е2, входной сигнал регулятора равен 100%. Из этого следует, что коэффициент передачи датчика равен К_ДАТ = 1.

Определение оптимальных параметров настройки регулятора

Устойчивость, это способность системы автоматического регулирования возвращаться в состояние равновесия после прекращения действия внешних сил, которые вывели ее из состояния равновесия.

Устойчивость САР, т.е. затухание переходных процессов является необходимым, но не достаточным условием практической пригодности системы. Существенно также качество переходных процессов, т.е. характер протекания переходных процессов и прежде всего их длительность и колебательность. Склонность системы к колебаниям, а следовательно и запас устойчивости могут быть охарактеризованы максимальным значением регулируемой величины или перерегулированием.

Эту оценку можно проводить по экспериментальной кривой.

Перед наладкой САР необходимо определить оптимальные значения параметров настройки регулятора. В нашем случае ими являются параметры, при которых величина перерегулирования d и время переходного процесса Т_ПП являются минимальными.

Используя ПИ закон регулирования имеем два параметра настройки:

- время интегрирования (изодрома), Т_И;

- коэффициент пропорциональности, К_П.