Исследование автоматических систем регулирования, функционирующих в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом

Красноярский Государственный университет

 Цветных Металлов и Золота

Кафедра “АПП”

Лабораторная работа №2

по курсу: "АТПП" для спец. 210.200

"ИССЛЕДОВАНИЕ АСР, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В СОСТАВЕ АСУТП"

Рассмотрено

на заседании

кафедры  АПП

(Протокол N     )

Красноярск 2006

ИССЛЕДОВАНИЕ АСР, ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ

В СОСТАВЕ АСУТП  ( часть 1-4ч; часть 2- 4ч)

ЦЕЛЬЮ работы является: изучение устройства современных АСУТП и их работы, методов разработки локальных АСР и средств автоматиза­ции на базе которых они строятся.

Одной из основных частей АСУ ТП являются локальные АСР. Именно с их синтеза чаще всего и начинается разработка АСУ ТП.

Синтез АСР осуществляют в два этапа.

Первый этап - структурный синтез - выполняется на стадии раз­работки (проектирования) системы. На этом этапе определяются статические и динамические свойства технологического объекта, составляется его математическая модель - передаточная функция, выбирается тип автоматического регулятора, функциональные средства автоматизации, способы их включения и прочее, т.е. разрабатывается структура АСР.

Второй этап - параметрический синтез - выполняется на стадии включения смонтированной АСР. На этом этапе определяются оптимальные параметры настройки автоматических регуляторов, обеспечивающие опти­мальный переходный процесс в системе.

Определение математического описания объектов управления

Для определения математического описания объектов управления чаще всего используют экспериментальные методы, при этом отдается предпочтение методу переходной функции.

Выбор регулятора и определение его оптимальных настроек

Выбор типа автоматического регулятора производится с учетом заданных параметров качества переходного процесса и свойств объекта регулирования.

Для характеристики переходных процессов в АСР применяют показа­тели качества (рисунок 1): динамическое отклонение – У₁, время регулиро­вания – t_p, перерегулирование У₂/ У₁, остаточное отклонение – У_ст.

Рисунок 1 -  Переходный процесс в АСР при возмущении по заданию

Динамическим отклонением  называется наибольшее отклонение параметра от заданного зна­чения. Оно зависит от дина­мических   свойств (инерционности) объекта, вида  возмущения, закона  регу­лирования (рисунок 2) и настроек регуля­тора   (рисунок 3).

Под временем регулирова­ния понимается время, в тече­ние которого регулируемый параметр приводится системой регулирования к установившемуся значению близкому к заданному.

Рисунок 2 -  Переходные процессы в АСР с П-, ПИ- и ПИД регуляторами при возмущении

по нагрузке (1,2,3) и по заданию (4,5,6).

Оно зависит от динамических свойств объекта, закона  регулирования, настроек регулятора и не может быть меньше не­которого значения t_min, зависящего, в  основном, от свойств объекта.

Так в системах регулирования по отклонению оно обычно не может быть менее 1,5 постоянной времени объекта.

Перерегулирование h=y₂/y₁ зависит от закона  регули­рования и настроек   регулятора.

Рисунок 3 -  Переходные процессы в АСР с ПИ-регулятором при возмущении по нагрузке:

1 - оптимальные настройки регулятора; 2 – неоптимальные настройки регулятора.

Остаточное отклонение - это отклонение регулируемой величины от заданного значения, которое остается после окончания процесса ре­гулирования. Его величина определяется коэффициентом передачи П - регулятора (в системах с регуляторами в состав закона регулиро­вания которого введена И - составляющая     У_ст = 0).

В зависимости от технологических требований и характера возму­щений наилучшими могут быть признаны различные переходные процессы. Обычно можно выбрать один из типовых процессов регулирования - апериодический, с 20%-ым перерегулированием или с минимумом интег­рального квадратичного критерия ()(рисунок 4).

Рисунок 4 -  Типовые переходные процессы автоматического регулирования

Апериодический процесс регулирования характеризуется минимальным t_p и максимальным У₁. Такого процесса следует добиваться тогда, когда регулирующее воздействие может оказывать влияние на другие регулируемые переменные.

Процесс регулирования с 20%-ым перерегулированием характеризуется значительным перерегулированием, однако при этом происходит снижение У₁. Длительность процесса регулирования (t_p) при этом несколько увеличива­ется.

Процесс регулирования с   характеризуется значительным пе­ререгулированием, достигающим 40-50%, при этом t_p увеличивается, од­нако У₁ достигает минимального значения. Следовательно, добиваться та­кого переходного процесса следует тогда, когда по условиям работы объекта управления необходимо иметь минимальное У₁ регулируемой пере­менной.

Задавшись одним из типовых процессов регулирования, зная показате­ли качества процесса регулирования и рассчитав динамический коэффици­ент регулирования по соответствующим графикам выбирают тип регулятора.

Выбрав тип регулятора, обеспечивающий успешную работу его в АСР. необходимо определить оптимальные значения его настроечных параметров что можно осуществить несколькими методами - графоаналитическим, по приближенным формулам (по номограммам), путем математического моделиро­вания.