Изучение САР с предиктором Смита и комбинированной САР с помощью программ IPC-CAD и VisSim 3.0, страница 3

В качестве примера можно привести САР температуры теплоносителя на выходе сетевого теплообменника, работающего в режиме постоянных изменений расхода теплоносителя. В этом случае кроме обычного регулятора, реагирующего на изменения температуры под воздействием различных возмущений (например, при изменениях температуры греющего теплоносителя или его расхода), в САР может использоваться и сигнал от датчика, измеряющего основное возмущение расход теплоносителя.

Однако, для следящих систем регулирования, работающих в условиях частых изменений задания регулятору, применение этой схемы не целесообразно, так как даже идеальная компенсация возмущения не может улучшить динамические свойства САР по задающему каналу.

Компенсация возмущения F происходит за счет включения в управляющий канал САР динамического звена - компенсатора, на вход которого поступает сигнал от датчика, измеряющего возмущающее воздействие F.

Передаточная функция компенсатора должна быть равна или быть близка к выражению:

,

(2)

где W1(s) – передаточная функция по каналу управления;

W2(s) – передаточная функция по каналу возмущения.

При расчете компенсатора используется представление моделей W1(s) и  W2(s) в виде инерционных звеньев 1-го порядка с запаздыванием, причем обязательно, чтобы канал возмущения имел большее запаздывание, чем канал управления. При этом компенсатор реализуется в общем случае в виде интегро-дифференцирующего звена 1-го порядка с запаздыванием, имеющего передаточную функцию вида:

.

(3)

Для робастности САР компенсатор взят в виде звена без запаздывания.

Ход работы:

Исследование САР с предиктором Смита

1.  Запустим программу IPC-CAD, файл ipc-cad.bat.

2.  Выберем последовательно пункты меню: “САР с предиктором Смита”, “Задание характеристик объекта”, “Передаточная функция ”, “Ввод передаточной функции с клавиатуры”.

 3. Введём параметры передаточной функцию в соответствии с заданием по таблице 1.

 4. В IP-CAD выберем пункт меню “Вывод передаточной функции объекта на экран” и проверим правильность задания передаточной функции объекта  (рисунок 4).

Рисунок 4 – Вывод передаточной функции объекта на экран.

4. Выберем пункт меню “Экспресс-наладка САР” и построим переходной процесс САР по параметрам, заданным вариантом.

Рисунок 5 – График переходного процесса САР при ступенчатом возмущении по нагрузке

По графику на рисунке 5 можно сделать вывод о том, что переходной процесс апериодический и САР устойчива.

Рассчитаем параметры регулятора. Рекомендуется предиктор 1-го порядка и ПИ-регулятор (рисунок 6).

Рисунок 6 – Передаточные функции предиктора и регулятора

5.  Выберем последовательно пункты меню “Настройка одноконтурной САР”, “Расчет параметров регулятора”. Затем выберем рекомендованный программой тип регулятора(т.е. ПИ-регулятор), выберем вид  процесса “Колебательный”,

Рисунок 7 – Настройка одноконтурной САР, расчет параметров регулятора

7. Выберем пункт меню “Выбор внешних воздействий”, затем вид внешнего воздействия “Возмущение на входе объекта (по нагрузке) ”, вид воздействия “Скачок”. Появится изображение с указанием настроек регулятора (рисунок 8).

Рисунок 8 – Указание настроек регулятора

8. Выберем пункт меню “Моделирование переходного процесса в САР” и получим график переходного процесса на выходе САР (рисунок 9).

Рисунок 9 – График переходного процесса в САР при ступенчатом возмущении по нагрузке

По графику на рисунке 9 можно увидеть, что при изменении настроек регулятора переходной процесс стал колебательным. 

Переходной процесс показанный на рисунке 9 имеет следующие показатели качества:

максимальная динамическая ошибка = 0.656619;

степень затухания = 0.917565;

время регулирования  = 11.1379;

перерегулирование 𝜎% = 0,04/0,65*100%=6,15%

          Переходной процесс в САР имеет удовлетворительные показатели качества.

9. Выберем пункт меню “Проверка САР на грубость”, и получим график переходного процесса на выходе САР, Максимальную динамическую ошибку, Степень затухания, Время регулирования (рисунки 10, 11, 12).

Рисунок 10 – Проверка САР на грубость

Сплошная линия – САР с исходным объектом; пунктир – САР с объектом, у которого

Ку и запаздывание увеличены на 20 %

Рисунок 11 – Переходные процессы в САР до и после 20%-го изменения коэффициента усиления и запаздывания