1.4. Імітаційні дослідження об'єкта управління

При автоматизації виробничих процесів найбільш правильні рішення можуть бути прийняті на підставі даних про статичні і динамічні властивості регульованого об'єкта. Для отриманняня цих даних визначають відповідно статичні і динамічні характеристики регулюємих об'єктів, використовуючи математичну модель об'єкта регулювання.

Статичні характеристики являють собою функціональну залежність вихідних величин від вхідних при статичному (стаціонарному, сталому) режимі роботи.

Динамічні характеристики являють собою залежності між змінами вхідних і вихідних величин у динамічному режимі (у часі).

Динамічні характеристики дають інформацію про інерційних властивості регульованих об'єктів (систем, елементів систем) і, таким чином, є вихідними даними при виборі автоматичних систем регулювання. Вони дозволяють виконати цю роботу в повному обсязі і завершити її розрахунком параметрів настройки регулятора на даному регульованому об'єкті з метою отримання заданої якості перехідних процесів в АСР.

Для проведення аналізу чутливості вихідних параметрів процесу виробництва пару на зміну вхідних параметрів, а так само для вибору регулюючих впливів проведемо побудова статичних характеристик процесу.

Для цього в математичній моделі (1), (3) - (11) прирівняємо похідні в диференціальних рівняннях до нуля і отримаємо наступну систему алгебраїчних рівнянь:

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

Для отримання статичних характеристик об'єкта управління вхідні дії змінювалися в діапазоні ± 20% від свого номінального значення (номінальні значення вхідних величин наведені в регламенті).

Графіки статичних характеристик наведено на рис. 3.

З аналізу статичних характеристик можна зробити висновок, що тиск володіє найбільшою чутливістю зі зміни ступенів відкриття клапанів на трубопроводах підведення паливної суміші та відбору пару з котлоагрегату. Отже, ступеня відкриття клапанів можна використовувати в якості управляючого впливу. Тиск в лінії подачі паливної суміші можна вважати по- стійним. Основним обуренням є тиск споживаного пару, так як чутливість тиску пару в котлоагрегаті на зміну цього параметра найбільша.

1.5. Розрахунок аср тиску пару

Структурна схема одноконтурною АСР тиску пару представлена на рис. 4.

Крім власне об'єкта регулювання у систему регулювання входять чутливий елемент (Д), виконавчий механізм з регулюючим органом (ІМ) і регулятор (R). Тому в математичний опис АСР входять рівняння, що описують характеристики датчика, виконавчого механізму та регулятора.

Рис. 3 Статичні характеристики котлоагрегату:

Рис. 4 Структурна схема системи регулювання тиску пари:

х - вхід об'єкта; p - тиск - вихідна регульована величина; p_з - задане значення температури; p_и- виміряне значення температури; е - помилка регулювання.

Динамічна характеристика датчика і виконавчого механізму представляються у вигляді диференціальних рівнянь:

(21)

(22)

де T_д - постійні часу датчика тиску і виконавчого механізму, с; p_и - вимірюваний тиск, Па; - реальна ступінь відкриття вентиля на лінії подачі палива.

Постійні часу використовуваного датчика тиску T_д = 0,5 хв, а виконавчого механізму T_им = 1 хв.

Розрахунок одноконтурної АСР полягає у визначенні настроювальних параметрів функції R₁ (p). У практиці автоматизації промислових об'єктів широкого поширення набули ПІ-регулятори. Для регулювання тиску в котлоагрегаті рівняння ПІ-регулятора має вигляд:

(23)

де k_р, T_и - параметри налаштування регулятора; е - помилка регулювання.

Помилка регулювання визначається як різниця між заданим значенням і поточним значенням виміряного тиску в котлоагрегаті:

При заданому законі регулювання розрахунок одноконтурної АСР зводиться до визначення оптимальних (з точки зору будь-якого критерію якості) настроювальних параметрів регулятора з урахуванням виконання обмеження на запас стійкості системи.

Найбільш часто в якості критерію якості використовується інтегральний квадратичний критерій при обмеженні на ступінь затухання:

де τ_кон - час регулювання.

Таким чином, математична модель одноконтурної системи регулювання тиску пару в котлоагрегаті має вигляд:

На рис. 5, 6 показані графіки перехідних процесів в одноконтурної АСР при оптимальних налаштуваннях. При цьому завдання регулятору тиску пару в парогенераторі змінювалося з 8,995 ⋅ 10⁵ Па до 9,995 ⋅ 10⁵ Па. За каналу обурення - тиск пари в лінії споживання змінювалося з 4,905 ⋅ 10⁵ Па до 6,867 ⋅ 10⁵ Па.