3.4. Обоснование выбора типа регулятора.

После того как стали известны передаточные функции всех элементов системы автоматизации, соберем структурную схему автоматизации в SIMULINK:

Структурная схема системы автоматического регулирования температуры перегретого пара.

С помощью LTI построим переходную характеристику, ЛАХ и ЛФХ САР температуры перегретого пара:

Переходная характеристика САР

По виду переходной характеристики можно сказать, что имеющиеся показатели качества не удовлетворяют заданным:

• Время регулирования составляет 96,1с.

• Время нарастания – 45,6с.

• Статическая ошибка-85%

Заданные показатели качества и запасы устойчивости:

Время регулирования ≤200 с

Статическая ошибка ≤0,05

Перерегулирование ≤10 %

Время нарастания ≤35 с

Устойчивость по амплитуде ≥10 дБ

Устойчивость по фазе от 30 до 80 градусов.

Для построения ЛАХ, ЛФХ и АФЧХ необходимо разомкнуть систему:

ЛАХ и ЛФХ САР

АФЧХ САР

По виду переходного процесса ясно, что для обеспечения заданных показателей качества и точности переходного процесса необходимо введение в систему линейного регулятора.

Необходимым условием надежной устойчивой работы АСР является правильный выбор типа регулятора и его настроек, гарантирующий требуемое качество регулирования.

В зависимости от свойств объектов управления, определяемых его передаточной функцией и параметрами, и предполагаемого вида переходного процесса выбирается тип и настройка линейных регуляторов.

Основные области применения линейных регуляторов определяются с учетом следующих рекомендаций:

И – регулятор со статическим ОР – при медленных изменениях возмущений и малом времени запаздывания (τ/Т<0.1);

П – регулятор со статическим и астатическим ОР – при любой инерционности и времени запаздывания, определяемом соотношением τ/Т<0.1;

ПИ – регулятор – при любой инерционности и времени запаздывания ОР, определяемом соотношением τ/Т<1;

ПИД-регуляторы при условии τ/Т<1 и малой колебательности исходных процессов.

Из графика видно, что τ=18, Т0=30, т.е. τ/ Т0 <1

Исходя из выше изложенных рекомендаций и учитывая, что вид переходной характеристики напоминает апериодический процесс, видно, что в данную систему подойдет ПИД – регулятор. Определим Ki, Kp и Kd:

Получим следующего вида САР:

Схема САР для определения оптимальных параметров настройки ПИД – регулятора

Оптимизация параметров настройки ПИД – регулятора:

Для оптимизации параметров регулятора влажности воспользуемся пакетом прикладных программ для построения систем управления Nonlinear Control Design (NCD) Blockset, который реализует метод динамической оптимизации. Этот инструмент, строго говоря, представляющий собой набор блоков, разработанных для использования с Simulink, автоматически настраивает параметры моделируемых систем, основываясь на определённых пользователем ограничениях на их временные характеристики. Типовой сеанс в среде Simulink с использованием возможностей и блоков NCD Blockset состоит из ряда стадий (рис. 23).

• Начальной стадией является создание модели исследуемой системы из стандартных блоков.

• Затем вход блока NCD Outport соединяется с теми сигналами системы, на которые накладываются ограничения. Этими сигналами могут быть, например выходы системы, их среднеквадратические отклонения и т.д.

• Затем в режиме командной строки MATLAB задаются начальные значения параметров, подлежащих оптимизации.

• Двойным щелчком мыши на пиктограмме NCD Outport данный блок раскрывается.

• В меню блока NCD Outport задаётся интервал дискретизации (один или два процента от длительности процесса моделирования и указываются имена (идентификаторы) параметров системы, подлежащих оптимизации.

• Процесс оптимизации системы инициализируется нажатием кнопки Start.

Получаем:

Предлагается: