Система автоматизации на котлоагрегатах

Система автоматизации на котлоагрегатах

4.5  Инженерный синтез основной системы регулирования

Любая система регулирования должна поддерживать регулируемую величину с наименьшими отклонениями от заданного значения. На практике чаще всего требуемая точность работы может быть  достигнута за счет повышения чувствительности регулятора к отклонениям регулируемой величины. Однако это может привести к возникновению колебаний в замкнутой системе автоматического регулирования и потере устойчивости. В связи с этим обеспечивание устойчивости при всех встречающихся на практике режимах работы объекта автоматизации (для данной курсовой работы  = это автоматизации котлоагрегата) является первоочередной задачей проектирования, наладки и эксплуатации систем регулирования.

Имеется котлоагрегат (ОУ). Вода, проходя через котлоагрегат, нагревается  паром с регулируемым расходом. Необходимо синтезировать робастную систему автоматического регулирования температуры воды на выходе котлоагрегата. Управляемой величиной Y будет температура воды на выходе, а управляющим воздействием  U – расход пара на котлоагрегат (процент открытия клапана на трубопроводе пара).

Исходные данные:

U=1

Y= 1+0.01*n=1+0.01*22=1.22, где n – номер варианта

Транспортное запаздывание:

i=2+n/4=2+22/4=7.5

Постоянная времени

T=10+n/4=10+22/4=15.5

Программный пакет Р2_0 имитирует работу одноконтурной линейной САР. Канал ОУ в нем задан инерционным звеном первого порядка

Рис.1 Структурная схема одноконтурной линейной системы автоматического регулирования стабилизации с ПИ – регулятором.

XY – приведенное возмущение; YZ – заданное значение; X1 – контролируемое значение;

X2 – шумы в канале возмущения;  X3 – шумы в канале управления.

Блоки 1…4 – блоки формирования воздействий XY, X1, X2, X3 можно задать с помощью меандра или синусоиды, их параметры – амплитуда и полупериод колебаний.

Блок 5 – блок формирования YZ (задание).

Блок 6 – компенсатор возмущения (KB) Х1 - пропорциональное звено, если равно 0, то KB не работает.

Блок 7- канал управления - инерционное звено первого порядка, описывается тремя параметрами:

K1- коэффициент усиления;

T1- постоянная времени;

R1 - транспортное запаздывание.

Блок 8- канал передачи возмущения  X1 - инерционное звено первого порядка.

Параметры: K2, T2, R2.

Блок 9-  измеритель величины.

Параметры: К3, Т3, R3. Если T2=R2, то непрерывное автоматическое измерение.

Блок 10- ПИД-регулятор. Передаточная функция: - K0 (1+L0/p+ R0*р).

K0- коэффициент усиления;

L0- постоянная интегрирования;

R0 - постоянная дифференцирования.

4.5.1   Анализ реакций нерегулируемого объекта управления на типовые воздействия.

 Строим график переходного процесса (рис.2) при подаче на вход ОУ – меандра. Для этого задаем входное воздействие с помощью звена X3. При этом обнуляем приведенное возмущение ХУ и отключаем ПИ – регулятор.

Рис.2 Переходной процесс при подаче на вход - меандра

Строим график переходного процесса при подаче на вход ОУ – синусоиды. Входное воздействие задаем с помощью звена X3, и обнуляем приведенное возмущение ХУ и отключаем ПИ – регулятор.

Рис.3 Переходной процесс при подаче на вход – синусоиды

4.6  Строим (рис.4) амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) ОУ (инерционного звена первого порядка). Для этого подаем на вход ОУ синусоидальное воздействие. С помощью изменения полупериода находим значения амплитуды по графику. Делаем несколько замеров, и строим АЧХ. На графике (рис.4) показана зависимость частоты от амплитуды. 

Частота

0,05

0,025

0,016

0,0125

0,01

0,0083

0,0071

Амплитуда

0,36

0,56

0,76

0,8

0,9

1

1,1

Рис.4 Амплитудно-частотная характеристика

Настройка ПИ – регулятора на наилучшее качество переходного процесса

Для базового объекта, характеризующегося пятью заданными параметрами – K1, R1, T1, Т3, R3 выполняем настройку ПИ – регулятора. Для этого подбираем K0, L0, R0 (табл.1) и настраиваем систему на наилучшее качество переходного процесса.

Таблица 1

№

К1

Т1

R1

T3

R3

K0

L0

R0

Tрег.

Gпер

Tсоб.

Vсоб.

1

1,22

15,5

7,5

0

0

0,885

0,105

0

69

20

2,5

58

0,04

2

1,22

15,5

7,5

0

0

0,895

0,095

0

71

16

4

48

0,055

3

1,22

15,5

7,5

0

0

0,905

0,075

0

47

8

2,6

47

0,056

4

1,22

15,5

7,5

0

0

0,937

0,0665

0

43

7,5

-

-

-

5

1,22

15,5

7,5

0

0

0,817

0,056

0

27

-

-

-

Tрег  - время регулирования (мин.);

Gпер – перерегулирование, % (Gпер = в);

Kзат – коэффициент затухания, Kзат=в/а;

Tсоб – период собственных колебаний, мин.;

 Vсоб. – частота собственных колебаний, Vсоб =2p/ Tсоб.

Вывод:

Синтез робастной САР, учитывающий дрейф и неточные знания параметров ОУ

Анализируем 2 варианта K1, T1, R1 при определенных наилучших настройках ПИ регулятора, результаты заносим в таблицу (табл.2)

 первый вариант - условно благоприятный объект - параметры объекта управления на 30% ниже номинала;

второй вариант – условно неблагоприятный объект – параметры объекта управления на 30% выше номинала.

Таблица 2

№

K1

T1

R1

T3

R3

K0

L0

R0

Tрег

Gпер

Kзат.

Tсоб.

Vсоб

1

0,854

10,85

5,25

0

0

0,817

0,056

0

72

16

4

60

0,1

2

1,586

20,15

9,75

0

0

0,817

0,056

0

74

-

-

-

-