Лекция №3. Комбинированные АСР

Комбинированные системы регулирования применяют при автоматизации объектов, подверженных действию существенных контролируемых возмущений.

На рис. 1.7 приведен фрагмент функциональной схемы автоматизации выпарной установки, в которой одним из наиболее сильных возмущении является расход питания. Основная задача регулирования — стабилизация концентрата упаренного раствора за счет изменения расхода греющего паpa — выполняется регулятором 1, Кроме сигнала регулятора, на клапан, регулирующий подачу пара, через динамический компенсатор 2 поступает корректирующий импульс по расходу питания.

Рис. 1.7. Пример комбинированной системы регулирования концентрации упаренного раствора:

1- регулятор состава; 2 – динамический компенсатор.

На рис. 1.8 приведен пример комбинированной АСР состава дистиллята в ректификационной колонне. Стабилизация состава дистиллята обеспечивается регулятором 5 путём изменения подачи флегмы на орошение колонны. Для повышения качества регулирования в системе предусмотрена автоматическая коррекция задания регулятору 5 в зависимости от одного из основных возмущений в процессе расхода разделяемой смеси. Корректирующий импульс на задание регулятору поступает через динамический компенсатор 6.

Рис. 1.8. Пример комбинированной системы регулирования состава дистиллята: 1- подогреватель исходной смеси; 2 – ректификационная колонна; 3 – дефлегматор; 4 – флегмовая ёмкость; 5 – регулятор состава; 6 – динамическиё компенсатор.

Рассмотренные примеры иллюстрируют два способа построения комбинированных АСР. Как видно из структурных схем (рис. 1.9 и 1.10), обе системы регулирования обладают общими особенностями: наличием двух каналов воздействия на выходную координату объекта и использованием двух контуров регулирования – замкнутого (через регулятор 1) и разомкнутого (через компенсатор 2). Отличие состоит лишь в том, что во втором случае корректирующий импульс от компенсатора поступает не на вход объекта, а на выход регулятора.

Введение корректирующего импульса по наиболее сильному возмущению позволяет существенно снизить динамическую ошибку регулирования при условии правильного выбора и расчёта динамического устройства, формирующего закон изменения этого воздействия.

Основой расчета подобных систем является принцип инвариантности: отклонение выходной координаты от заданного значения должно быть тождественно равным нулю при любых задающих или возмущающих воздействиях.

Рис 1.9. Структурные схемы комбинированной АСР при подключении выхода компенсатора на вход объекта: а – исходная схема; б – преобразованная схема; 1 – регулятор; 2 – компенсатор.

Рис 1.10. Структурные схемы комбинированной АСР при подключении выхода компенсатора на вход регулятора: а – исходная схема; б – преобразованная схема; 1 – регулятор; 2 – компенсатор.

Для выполнения принципа инвариантности необходимы два условия: Идеальная компенсация всех возмущающих воздействий и идеальное воспроизведение сигнала задания. Очевидно, что достижение абсолютной инвариантности в реальных системах регулирования практически невозможно. Обычно ограничиваются частичной инвариантностью по отношению к наиболее опасным возмущениям. Рассмотрим условие инвариантности разомкнутой и комбинированной систем регулирования по отношению к одному возмущающему воздействию.

Условия физической реализуемости инвариантных АСР

Одной из основных проблем, возникающих при построении инвариантных систем регулирования, является их физическая реализуемость, т. е. реализуемость компенсатора, отвечающего условиям (1.20) или (1.20а).

В отличие от обычных промышленных регуляторов, структура которых задана и требуется лишь рассчитать их настройки, структура динамического компенсатора полностью определяется соотношением динамических характеристик объекта по каналам возмущения и регулирования и может оказаться очень сложной, а при неблагоприятном соотношении этих характеристик — физически нереализуемой.

«Идеальные» компенсаторы физически нереализуемы в следующих двух случаях.

1. Если время чистого запаздывания по каналу регулирования больше, чем по каналу возмущения. В этом случае идеальный компенсатор должен содержать звено упреждения, так как если

 и ,

то с учётом (1.10)

.

При .

 2. Если в передаточной функции компенсатора степень полинома в числителе больше, чем степень полинома в знаменателе. В этом случае компенсатор должен содержать идеальные дифференцирующие звенья. Такой результат получается при определённом соотношении порядков дифференциальных уравнений, описывающих каналы возмущений и регулирования. Пусть

,

где  - полиномы степеней  соответственно.

Тогда

и  .

Таким образом, условие физической реализуемости инвариантной АСР заключается в том, чтобы выполнялись соотношения

. (1.21)

Рис.1.12 Принципиальная схема химического реактора с перемешивающим устройством:

1 - измеритель температуры; 2 – регулирующий клапан; 3 – измеритель расхода.