1. Структурныесхемыобъектарегулирования

⎧

_⎪⎪

x_в(u)_⎨

⎪

⎪_⎩

x_в(z)

Один из этапов проектирования систем регулирования технологиче-

^⎫ ских процессов–выборструктуры

⎪_⎪

⎪

^⎬y системы и расчет оптимальных пара-

⎭

⎪

метров регуляторов.И структурасис-

Рис. 1.1.Структурная схема объектарегулирования.

го процесса как объектарегулирования.

темы,и параметры регуляторов опре-деляются свойствамитехнологическо-

Любой технологический процесс как объект регулирования(рис. 1.1)характеризуется следующими основными группамипеременных:

1. Переменные,характеризующие состояние процесса(совокупность их будем обозначать векторомy).Эти переменные в процессе регулирования необходимо поддерживать на заданном уровне или изменять по заданному закону.Точность стабилизации перемен-ных состояния может быть различной,в зависимости от требований,диктуемых техно-логией,и возможностей системы регулирования.Как правило,переменные,входящие в векторy,измеряют непосредственно,но иногда их можно вычислить,используя мо-дель объекта по другим непосредственно измеряемым переменным.Векторyчасто на-зывают вектором регулируемыхвеличин.

2. Переменные,изменением которых система регулирования может воздействовать на объект с целью управления.Совокупность этих переменных обозначают векторомx_p(илиu)регулирующих воздействий.Обычно регулирующими воздействиями служат изменения расходов материальных потоков или потоковэнергии.

3. Переменные,изменения которых не связаны с воздействием системы регулирования.Эти изменения отражают влияние на регулируемый объект внешних условий,измене-ния характеристик самого объекта и т.п.Их называют возмущающими воздействиями и обозначают векторомx_вилиz.Вектор возмущающих воздействий,в свою очередь,можно разбить на две составляющие–первую можно измерить,а вторую–нельзя.Возможность измерения возмущающего воздействия позволяет ввести в систему регу-лирования дополнительный сигнал,что улучшает возможности системы регулирова-ния.

Например,для изотермического химического реактора непрерывного действия,регу-лируемыми переменными являются температура реакционной смеси,состав потока на выходе из аппарата;регулирующими воздействиями могут быть изменение расхода пара в рубашку реактора,изменение расхода катализатора и расхода реакционной смеси;возмущающими воз-действиями являются изменения состава сырья,давления греющего пара,причем еслидавле-

ние греющего пара нетрудно измерить,то состав сырья во многих случаях может быть изме-рен с низкой точностью или недостаточнооперативно.

Анализ технологического процесса как объекта автоматического регулирования пред-полагает оценку его статических и динамических свойств по каждому из каналов от любого возможного управляющего воздействия к любому возможному регулируемому параметру,а также оценку аналогичных характеристик по каналам связи регулируемых переменных с со-ставляющими вектора возмущений.В ходе такого анализа необходимо выбрать структуру системы регулирования,т.е.решить,с использованием какого регулирующего воздействия следует управлять тем или иным параметром состояния.В результате во многих случаях(от-нюдь не всегда)удается выделить контуры регулирования для каждой из регулируемых вели-чин,т.е.получить совокупность одноконтурных системрегулирования.

Важным элементом синтеза АСР технологического процесса является расчет однокон-турной системы регулирования.При этом требуется выбрать структуру и найти числовые зна-чения параметров регуляторов.Как правило,используют следующие типовые структуры ре-гулирующих устройств(типовые законы регулирования):пропорциональный(П)регулятор(R(p) = -S₁);интегральный(И)регулятор(R(p) = -S₀/p);пропорционально-интегральный(ПИ)закон регулирования(R(p) = -S₁– S₀/p)и,наконец,пропорционально-интегрально-дифференциальный(ПИД)закон(R(p) = -S₁– S₀/p – S₂·p).При расчете системы проверяют возможность использования наиболее простого закона регулирования,каждый раз оценивая качество регулирования,и если оно не удовлетворяет требованиям,переходят к более слож-ным законам или используют так называемыесхемные методы улучшениякачества.

В теории автоматического регулирования разработаны различные методы расчета АСР при заданных критериях качества,а также методы оценки качества переходных процессов при заданных параметрах объекта и регулятора.При этом наряду с точными методами,требую-щими больших затрат времени и ручного труда,разработаны приближенные методы,позво-ляющие сравнительно быстро оценить рабочие параметры регулятора или качество переход-ных процессов(метод Циглера–Никольса для расчета настроек регуляторов;приближенные формулы для оценки интегрального квадратичного критерия и т.п.).

Широкое внедрение вычислительной техники для проектирования систем управления(СУ)и реализации самонастраивающихся СУ практически сняло ограничения,связанные с трудоемкостью методов расчета АСР.В настоящее время создаются пакеты прикладных про-грамм для расчета АСР,позволяющие использовать алгоритмы,основанные на точных мето-дах.При этом приближенные методы обычно применяют для выбора начальных значений пе-ременных в итеративных методах расчета сложных систем регулирования или на начальной стадии проектной разработки системы автоматизации сложных технологическихобъектов.