Автоматизированные системы управления химикотехнологическими процессами Доцент, к.т.н., Вильнина Анна Владимировна 1 Методы определения свойств ОУ Аналитический метод - составление математического описания объекта. Экспериментальный метод – определение характеристик объекта путем постановки эксперимента . Экспериментально-аналитический – составление уравнений, на анализе явлений происходящих в исследуемом объекте. 2 Статические и динамические свойства ОУ Переходная характеристика (кривая разгона) 3 Статические свойства ОУ Коэффициентом усиления называется величина, показывающая, во сколько раз данное звено усиливает входной сигнал (в установившемся режиме) Динамические свойства ОУ Установившееся значение выходной величины Хуст - это значение Х при t → ∞ Емкостное запаздывание зависит от емкости объекта регулирования Транспортным (динамическим) запаздыванием τd называется промежуток времени от момента изменения входной величины У до начала изменения выходной величины Х Постоянная времени обьекта Т 4 Основные законы регулирования Закон регулирования – это математическая зависимость, с помощью которой определяется регулирующее воздействие u(t) по сигналу рассогласования e(t). ∆𝑢 𝑡 = 𝑓 𝑒(𝑡) 5 Основные законы регулирования По характеру изменения регулирующего воздействия различают линейные и нелинейные законы регулирования. В технике автоматического регулирования нашли применение следующие непрерывные линейные законы регулирования: – пропорциональный (П); – интегральный (И); – пропорционально-интегральный (ПИ); – пропорционально-дифференциальный (ПД); – пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). Реализующие названные законы регулирования АР называют соответственно П-, И-, ПИ-, ПД- и ПИДрегуляторами. 6 Основные законы регулирования Пропорциональный закон регулирования Постоянную kp называют коэффициентом передачи регулятора Рабочая точка Y0 определяется как значение выходного сигнала, при котором рассогласование регулируемой величины равно нулю. 7 Основные законы регулирования Интегральный закон регулирования Постоянную Т называют постоянной времени интегрирования. 8 Основные законы регулирования Пропорционально-интегральный закон регулирования 9 Основные законы регулирования Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования Постоянные 𝑇𝑢 и 𝑇𝑑, соответственно, называют постоянными времени интегрирования и дифференцирования. 10 Основные законы регулирования Переходные характеристики САР 11 Основные законы регулирования Нелинейные законы регулирования: релейные – двухпозиционные и трехпозиционные 12 Основные законы регулирования Нелинейные законы регулирования: релейные – двухпозиционные и трехпозиционные 13 Основные законы регулирования Принцип работы трехпозиционного регулятора 14 Выбор типа регулятора Необходимо знать: 1. Статические и динамические характеристики объекта управления. 2. Требования к качеству процесса регулирования. 3. Показатели качества регулирования для серийных регуляторов. 4. Характер возмущений, действующих на процесс регулирования. Закон регулирования П ПИ ПИД 6.5 12 7 15 Выбор типа регулятора ПИ-регулятор, который обладает следующими достоинствами: 1. Обеспечивает нулевую статическую ошибку регулирования. 2. Достаточно прост в настройке, т.к. настраиваются только два параметра, а именно коэффициент усиления и постоянная интегрирования . В таком регуляторе имеется возможность оптимизации , что обеспечивает управление с минимально возможной средне-квадратичной ошибкой регулирования. 3. Малая чувствительность к шумам в канале измерения (в отличии от ПИД-регулятора). 16 Выбор типа регулятора релейный, непрерывный или цифровой регуляторы непрерывный или цифровой, ПИ- или ПИД-регулятор. использовать многоконтурные системы управления 17 Выбор типа регулятора Каскадная САР 18 Исполнительное устройство ГОСТ 14691-69 Устройства исполнительные для систем автоматического регулирования. Термины Исполнительное устройство - устройство системы автоматического управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командной информацией. Состоит из двух функциональных блоков: исполнительного механизма и регулирующего органа и может оснащаться дополнительными блоками. Исполнительный механизм (ИМ)- механизм, являющийся функциональным блоком, предназначенным для управления исполнительным органом в соответствии с командной информацией. В системах автоматического регулирования сред исполнительный механизм предназначен для перемещения затвора регулирующего органа под воздействием сигнала от управляющего устройства. 19 Классификация ИМ По виду потребляемой энергии ИМ подразделяются: • электрические; • пневматические; • гидравлические. По характеру и назначению работы • работающие по дискретному принципу "открыто" закрыто"; • работающие по закону непрерывной функции; • исполнительные механизмы следящего и программного действия. 20 Электрические ИМ Электрические ИМ по принципу действия подразделяются на электромагнитные и электродвигательные. Электродвигательные ИМ делятся на многооборотные и однооборотные и состоят из электродвигателя, понижающего механического редуктора, узлов блокировки и дистанционной передачи сигнала положения регулирующего органа. 21 Электрические ИМ Характеристики электрических ИМ: время полного хода клапана время инерции люфт минимальное время импульса управления минимальная временная пауза между командами на изменение направления движения 22 Электрические ИМ Электромагнитные исполнительные механизмы 23 Пневматический и гидравлические ИМ Подразделяются на поршневые и мембранные. 24 Виды РО Заслоночный регулирующий орган Односедельный регулирующий орган Двухседельный регулирующий орган Трехходовой регулирующий орган (смесительный, разделительный) Шланговый регулирующий орган Диафрагмовый регулирующий орган Затвор Седло 25 Виды РО Дроссельные РО 26 Характеристики РО Пропускная способность ( ) Условная пропускная способность Начальная пропускная способность Минимальная пропускная способность Максимальная действительная пропускная способность Диапазон изменения пропускной способности Пропускная характеристика Линейная пропускная характеристика Равнопроцентная пропускная характеристика 27 Характеристики РО Рабочая расходная характеристика Ходовая характеристика Конструктивная характеристика Негерметичность исполнительного устройства Условный ход ( ) Действительный ход ( ) Приведенный ход ( ) Основная приведенная погрешность Вариация хода штока Порог чувствительности исполнительного устройства Рассогласование хода 28 Характеристики РО Ходовые характеристики исполнительных устройств с пружинными (мембранными и поршневыми) исполнительными механизмами 29