Методические указания к выполнению работы

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Оптимальная настройка АСР может быть обеспечена лишь на основе анализа работы действующей системы в замкнутом состоянии в сочетании с методом последовательных приближений (итераций). Если уровень помех на объект невелик, то в первом приближении оценку работы замкнутой системы можно производить по ее переходной характеристике. Выбор направления движения к оптимуму производится с учетом диаграммы изменения характера переходных процессов в плоскости параметров ПИ-регулятора (см. рис. 2.1.).

К_р – коэффициент пропорциональности регулятора (на панели управления РП обозначен как α_п), Т_и – постоянная времени интегрирования (обозначена как τ_и).

Показателем качества в практике расчетов систем регулирования используется критерий наименьшей площади переходного процесса. Простейшим является линейный интегральный критерий:

где (t) – отклонение параметра от заданного значения (ошибка регулирования) при ступенчатом возмущении.

Этот интеграл представляет собой алгебраическую сумму площадей, описываемых кривой регулируемой величины около ее установившегося значения(рис.2.2,а).

а) б) в)

Рис.2.2 Диаграммы измерения характера переходных процессов

Если в процессе регулирования (t) не меняет знака, то качество процесса регулирования тем выше, чем меньше значение интеграла J. Но если (t) меняет знак, то величина интеграла уже не может служить удовлетворительным критерием качества.

Например, процессу регулирования, имеющему незатухающий характер, т.е. с постоянными амплитудами регулируемой величины, будет соответствовать интеграл J=0.

Часто используют интегральный критерий вида:

который учитывает площадь, описываемую регулируемой величиной независимо от ее знака (рис.2.2,б).

Однако пользование критерием без учета других требований качества (например, без учета степени затухания) требует осторожности.

Так, если исходить из минимума интеграла, то процессы 1 и 2 (рис.2.2,в) эквивалентны, хотя с точки зрения технологии производства процесс 2 безусловно предпочтительнее.

Применяется также для оценки качества регулирования так называемый интегральный квадратичный критерий:

Таким образом, пользоваться интегральными критериями необходимо с учетом степени затухания Ψ переходного процесса:

где А₁ и А₃, соответственно, первая и третья амплитуды переходного процесса (рис. 2.1).

Из-за трудности точного подсчета площади между кривой переходного процесса и осью времени в настоящей работе оптимальные параметры настройки регулятора определяются по степени затухания Ψ с учетом коэффициента:

где - новое установившееся значение регулируемого параметра на кривой разгона объекта;

А_макс=А₁ – максимальное отклонение технологического параметра от заданного значения;

- показывает, во сколько раз уменьшается отклонение регулируемого параметра от заданного значения при включении регулятора в систему АСР;

Если переходной процесс (рис.2.1) содержит явную апериодическую составляющую (точки 1 и 2 на плоскости параметров настройки), то это свидетельствует о завышенном значении Т_и . Однако, чрезмерное уменьшение Т_и приводит к увеличению длительности кривая переходного процесса и амплитуды колебаний (8). Если процесс имеет завышенную колебательность, т.е. малые значения Ψ (кривая 3 и 7), то следует уменьшить К_р.

Рекомендуется следующий порядок поиска оптимума.

1. Устанавливаем начальные значения параметров: завышенное значение Т_и и заниженное значение К_р (например, кривая 1 на рис.2.1).

2. При неизменном Т_и увеличиваем К_р до появления колебательного процесса (кривая 2).

3. При неизменном К_р уменьшаем Т_и до границы исчезновения апериодической составляющей (когда амплитуда первой отрицательной полуволны А₂ сравняется с амплитудой второй положительной полуволны А₃ (точка3).

4. При постоянной Т_икорректируем К_р до достижения заданной степени затухания, равной 0,75-0,9. Степень затухания выбирается в соответствии с таблицей 2. Номер варианта соответствует номеру бригады.

Вариант	1	2	3	4	5	6
Степень затухания	0,7	0,75	0,8	0,85	0,9	0,6

Если Ψ Ψ_зд то К_р увеличиваем. Если Ψ Ψ_зд , то К_р уменьшаем, тогда на графике (рис.2.1) получаем кривую 4.

5. Уменьшаем одновременно К_р и Т_и в 1,3-1,5 раза при const, (кривая 5).

6.Повторив действие пп.4 и 5 два-три раза, получаем серию точек на границе Ψ Ψ_зд, из которых выбираем кривую удовлетворяющую условиям оптимальности.

Типичная траектория движения к оптимуму в плоскости параметров показана на рис.2.1 (оптимуму соответствует кривая 6).

Описание стенда

Лабораторный стенд представляет собой АСР температуры электрической печи. Принципиальная схема системы аналогична приведенной на рис.1.3 (см. лаб.раб.№1).

Электрическая печь имеет нагревательный элемент НЭ, подключенный к автотрансформатору Т (РО).

Регулируемая величина (температура t⁰ рабочего пространства печи) измеряется термопарой ТП гр. ХК. Требуемое значение температуры обеспечивается с помощью регулирующего воздействия на силу тока нагревателя 1 путем перемещения регулирующего органа РО- ползунка автотрансформатора ЛАТР-9

Номинальное значение силы тока I₀ cоставляет 0,6 А, температура печи около 511⁰С, э.д.с термопары 41,14 мВ. При токе через НЭ 0,7 А температура 590⁰С.

Перемещение РО создается исполнительным механизмом типа МЭО 4/63-0,63.

Сигнал по температуре в виде э.д.с термопары подается к регулирующему прибору РП4-Т, к нему так же подключен задатчик ручного управления ЗД-10К, с помощью которого оператор может изменять заданное значение температуры в печи.

На основе текущего и заданного значений температуры регулирующий прибор вырабатывает сигнал управления, который поступает на вход пускового устройства ПУ через переключатель блока управления БУ типа БУ-21 и концевые выключатели КВМ и КВБ.

БУ-21 дает возможность оператору изменять режим управления исполнительным механизмом. При установки БУ в положение «А» на вход пускового устройства поступают импульсы от РП, а при установке в положение «Р» управление ИМ производится кнопками М (меньше) и Б (больше).

В качестве ПУ применен пускатель бесконтактный реверсивный типа ПБР-2-3.

Положение ИМ контролируется оператором с помощью указателя положения УП типа ДУП-М, получающего сигнал от датчика положения. Для ограничения угла поворота выходного вала ИМ используются концевые выключатели КВМ и КВБ, включенные в цепь управления пускателем.

Стенд включается в работу с помощью ключей S1 и S2. При включении S1 подается напряжении на НЭ печи и зажигается табло «объект включен». Сила тока через НЭ контролируется по амперметру А. При включении S2 подается напряжение на РП и на другие элементы схемы, зажигается табло «регулятор включен». С помощью S3 можно наносить ступенчатое возмущение по току за счет ввода резисторов R1 и R2 в цепь питания НЭ. Возмущение по току можно также наносить с помощью БУ в режиме «Р» кнопками М и Б (за счет перемещения РО).

Структурная схема РП4-Т соответствует типовой структуре релейно-импульсного регулятора (см. рис 4.1 описания лабораторной работы №4).

Сигнал термопары Е_т поступает на вход сумматора ∑₁(рис. 1.3 лаб.раб.№1). На вход ∑₁ подключены также внутренний корректор и выносной задатчик ЗРУ.

Результирующий сигнал рассогласования ε через узел масштабирования с коэффициентом α поступает на сглаживающий фильтр (демпфер) Ф, представляющий собой апериодическое звено с регулируемой постоянной времени Т_ф и далее на сумматор ∑_2. Сумматор ∑₂и релейный элемент РЭ, в соответствии со структурной схемой релейно импульсного регулятора, охвачены отрицательной функциональной обратной связью в виде аппериодического звена (сигнал Х_ос).

Сигнал рассогласования (σ=ε-х_ос) поступает на релейный элемент и далее на усилитель мощности УМ.

В целом при подаче входного сигнала РП4-Т вырабатывает управляющие импульсы, под действием которых ИМ перемещает РО по ПИ-закону:

где -перемещение РО;

- сигнал рассогласования.

На боковую панель РП выведены органы настройки следующих параметров:

α₁- коэффициент масштабирования токового сигнала (в работе не используется);

α_ε - коэффициент масштабирования сигнала рассогласования (в данном случае равен 1);

α_п - коэффициент пропорциональности РП; с/% (α_п= К_р);

τ_и=Т_и - постоянная интегрирования, с;

Δ - зона нечувствительности, %;

Т_ф - постоянная времени демпфирования, с;

t_и - длительность управляющих импульсов, с;

На панели органов настройки выведены корректор сумматора ∑₂, а так-же контрольные гнёзда «У1», «У2», «У3» для измерения сигналов ε, σ, и Х_ос, относительно общей точки (гнездо «0»). Диапазон изменения этих сигналов составляет 10 В.

В процессе выполнения лабораторной работы измерение и регистрация сигнала отклонения регулируемой величины производится с помощью самопишущего потенциометра типа КСП4, снабженного входным делителем напряжения с переключателем пределов измерения, установленном на оперативной панели стенда.

Электропечь, автотрансформатор, ИМ, ПУ смонтированы внутри стенда.

Порядок выполнения работы

1. Включить стенд с помощью ключей S1 и S2. С помощью кнопок «больше» и «меньше» блока управления БУ-21 установить номинальный режим работы электропечи (I₀=0,6 А).

2. Установить начальные значения параметров регулятора (τ_и=150 с и α_п=0,65 с/%).

3.Установить на панели регулирующего прибора t_и=0,2 с и зону нечувствительности 0,4 %.

4. Дождаться установившегося режима печи(около 15 мин., после установки тока).

5. Установить переключатель ДН на предел 1 В. Убедиться, что вход ДН подключен к РП4-Т (гнезда «0» и «Y1» на РП). Осуществить балансировку АСР с помощью корректора РП, если в этом есть необходимость (стрелка КСП должна быть выведена на 50% шкалы).

6. Включить привод диаграммы КСП4 при скорости 200 мм/час. Убедиться в стационарности режима объекта. В случае необходимости произвести балансировку РП.

7.Подать внешнее ступенчатое возмущение, переведя ключ S3 из положения 0,6 А в положение 0,7 А и одновременно переключатель режимов работы БУ поставить в положение «А», т.е. включить в работу РП.

8. Наблюдать запись переходного процесса на КСП4. Если переходный процесс продолжается более 10 мин. или имеет большую колебательность, следует отключить регулятор, переведя БУ в положение «Р», и установить ток 0,6 А. Ключ S3 при этом должен находиться в положении 0,7 А.

9. Выключить привод диаграммы КСП4, рассчитать значение Ψ, и сделать анализ переходного процесса. Выбрать направление движения к оптимуму. Шаг движения рекомендуется выбирать равным одному-двум интервалам между фиксированными положениями переключателей τ_u и α_n.

10. Продолжить поиск оптимальных параметров настройки, с учетом рекомендаций, до достижения оптимума. При записи второй кривой убедиться в стационарности режима объекта (температура в печи неизменная), ключ S3 перевести в положение 0,6 и, одновременно, переключатель БУ-21 поставить в положение «А». Амперметр при этом покажет ток 0,5 А. То есть, во втором опыте наносится возмущение отрицательного знака - ток через нагреватель изменяется от 0,6 до 0,5 А. Таким образом, в нечетных опытах переключатель S3 переводиться из положения 0,6 А в положение 0,7 А, а в четных - из положения 0,7 а в положение 0,6 А. Во всех случаях перед началом опыта ток через НЭ должен быть равен 0,6 А, а в печи неизменяющаяся во времени температура

11. Снять кривую разгона объекта. Для этого: повторить п.6; переключить шкалу КСП4 на 5 В; переключатель БУ поставить в положение «Р»; нанести ступенчатое возмущение, переведя ключ S3 из положения 0,6 А в положение 0,7 А.

После записи кривой разгона выключить КСП4 и снять отрезок диаграммной бумаги с записью.

Требование к отчету

Отчет должен содержать:

1. Структурную схему взаимодействия основных элементов стенда, с обозначением входных и выходных сигналов каждого элемента схемы; размерность коэффициентов передачи каждого элемента схемы; основные параметры настройки РП.

2. Траекторию изменения параметров настройки выполненную на миллиметровой бумаге, с конкретными значениями Т_и, К_р, К_р /Т_и.

3. Диаграммную бумагу с записями переходных процессов и кривой разгона с указанием К_р, Т_и, А_макс, Ψ и каждого процесса (при определении необходимо учесть пределы шкалы КСП4, связанные с положением переключателя ДН).

4. Выбор наиболее качественного переходного процесса и оптимальных параметров настройки регулятора.

5. Вывод об эффективности работы АСР.

Контрольные вопросы

1.Какова типовая структура релейно-импульсного регулятора (см.рис.4.1 описания лабораторной работы №4)?

2. Какой закон регулирования реализует регулирующий прибор РП4-Т в сочетании с ИМ? Как изменятся оптимальные параметры настройки при увеличении (уменьшении) параметра Ψ?

3. Из каких основных элементов состоит изучаемая АСР?

4. Каковы размерность и уровень сигналов в различных точках АСР?

5. Назначение, режимы работы и выходные сигналы блока управления БУ-21.

6. Как убедиться в том, что объект регулирования находится в установившемся состоянии и какой параметр записывается на КСП4 в процессе регулирования?

7. Как влияют параметры настройки К_р и Т_и на характер изменения процессов регулирования при ступенчатом возмущении?

8. Какие показатели качества процессов регулирования применяются в данной работе? Какие показатели качества вы знаете?

9. Каким требованием к переходному процессу в АСР должны удовлетворять оптимальные параметры настройки регулятора?

10. Для точки на графике переходного процесса, заданной преподавателем, определить температуру в печи.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!