Связанное и несвязанное регулирование. Каскадное регулирование. Системы связанного и несвязанного автоматического регулирования

Структурная схема системы несвязного регулирования двухмерного объекта имеет вид:

Ошибка регулирования

Управляющее воздействие

Измеряемые регулируемые величины

Неизмеряемые выходы по основным каналам с передаточной функцией и

Регуляторы с передаточными функциями и

Используя дискретные передаточные функции регуляторов основных и перекрестных каналов, опишем систему несвязного регулирования:

Преобразуем систему (2.0) путем подстановки, получив уравнение связи выходов системы от ее входов

(2.2)

В первое уравнение вместо подставим правую часть второго уравнения:

(2.3)

Аналогично, при подстановке во второе уравнение вместо правой части первого уравнения, можно получить зависимость выхода от и .

Из уравнения (2.3) видно, что каждая регулируемая величина зависит и от первого входа системы , и от второго входа системы . Покажем, что устойчивость не связанной системы в этом случае уменьшается. Для этого примем, что передаточные функции объекта по основным и перекрестным каналам равны между собой и равны между собой передаточные функции регуляторов.

Тогда уравнение (2.3) примет вид:

(2.4)

Если в объекте отсутствуют перекрестные связи, то выходная величина зависит только от задания в соответствии со следующим выражением:

В соответствии с критерием Найквиста, для того, чтобы замкнутая одноконтурная система была устойчива (если разомкнутая устойчива), необходимо, чтобы годограф АФЧХ разомкнутой системы не охватывал точку с координатами . Исходя из этого, в несвязной системе регулирования, если принять равным нулю, данный критерий будет тем же самым, с той только разницей, что координаты критической точки будут . Таким образом в несвязной системе регулирования сужается область устойчивого регулирования, что уменьшает устойчивость системы и ухудшает качество переходного процесса. Если при расчете оптимальных настроек регулятора в системе несвязного регулирования не учитывать внутренние перекрестные связи, то система может быть неустойчивой. Для сохранения устойчивости системы несвязного регулирования при наличии внутренних связей приходится уменьшать коэффициент усиления по сравнению с коэффициентами усиления регуляторов при отсутствии перекрестных связей на столько, чтобы годограф АФЧХ разомкнутой системы не охватывал точку с координатами .

Очевидно, что это может быть достигнуто путем значительного достижения коэффициента усиления регулятора, т.е. скорости действия регулятора, что резко ухудшает качество регулирования. Поэтому при сильных внутренних связях возможность получить высокое качество регулирования необходимо искать не в корректировке структур и настроек несвязанных между собой регуляторов, а «развязывая» внутренние связи по перекрестным каналам. Т.е. необходимо менять структуру самой системы. Ослабить или полностью «развязать» перекрестные связи можно двумя способами:

1. выбирая в качестве регулируемых величин несвязанные или слабо связанные между собой параметры;

2. создание системы связанного регулирования, путем введения в АСР дополнительных внешних компенсирующих связей между регуляторами

Система несвязанного регулирования проще, надежнее и дешевле систем связного регулирования. Они реализуемы даже в тех случаях, когда системы связного регулирования технически неосуществимы. Однако, они восприимчивы к возмущающим воздействиям, распространяются по основным и перекрестным каналам, что может привести к ухудшению качества регулирования и, как наилучший вариант, потере устойчивости. Преимущества систем несвязного регулирования заставляет искать пути распространения области их применения на объекты, с взаимосвязанными регулируемыми величинами с сохранением удовлетворяющего качества регулирования. Степень связи двух регулируемых величин можно определить, используя передаточные функции объекта по основным и перекрестным каналам. Степень связи по первому основному каналу равна отношению его передаточной функции к передаточной функции второго основного канала: . Степень связи по второму перекрестному каналу равна отношению передаточной функции этого канала к передаточной функции первого основного канала: . Общая степень связи между регулирующими величинами: . В зависимости от величины общей степени связи можно рекомендовать один из следующих вариантов регулирования:

При таком соединении регуляторов основными станут каналы и ,общая степень связи будет характеризоваться новым значением . Если окажется, что общая степень связи значений меньше 1, то может быть применена система несвязного регулирования;

3. при соотношении , степень связи существенна, что может значительно уменьшить устойчивость системы несвязного регулирования; в этом случае необходимо устранить или существенно ослабить внутренние связи в АСР;

4. «развязать» регулирование величин при наличии перекрестных связей можно, если осуществляется регулирование величин с различными динамическими характеристиками, что уменьшает их взаимосвязь через процесс, например, регуляторы давления работаю обычно на более высоких частотах, чес регуляторы температуры, что определяет их слабое взаимное влияние друг на друга.

Подходы к настройке несвязной системы регулирования могут быть следующими:

1. настройка в одноконтурных системах;

2. одновременная оптимизация регуляторов в системе несвязного регулирования с учетом влияния основных и переходных каналов.

При первом подходе используются модели основных каналом и соответствующие регуляторы. Из них составляются одноконтурные системы регулирования, в которых проводится настройка соответствующих регуляторов одним из численных методов. Достоинством данного подхода к настройке регуляторов является простота и высокая скорость.

Из системы уравнений взаимосвязи выходов объекта ( и ) и входов системы ( и ) (2.3), (2.4) следует, что регулируемая величина зависит не только от динамических свойств основного канала и регулятора , но и от динамических свойств второго основного канала , перекрестных каналов , и от второго регулятора . Аналогично и параметр . Поэтому настройку управляющей части системы необходимо вести с учетом динамических свойств не только соответствующего основного канала, но и с учетом влияния динамики перекрестных каналов. Поэтому недостатком этого подхода к настройке регуляторов является неоптимальность получаемых настроечных параметров.

Рассмотрим второй подход. Расчет переходного процесса в системе несвязного регулирования осуществляется по следующей системе конечно-разностных уравнений:

, где весовые коэффициенты, для которых выполняются следующие условия:

Показатели качества по соответствующему выходу системы, использующиеся в качестве критериев оптимизации. Больший из весовых коэффициентов присваивается показателю качества того выхода, регулирование которого является наиболее важным.

При использовании свертки задача оптимизации формируется следующим образом: . При использовании в качестве численного метода оптимизации метода градиента алгоритм оптимизации (схема алгоритма) будет таким же, как и для одноконтурной системы. Разница будет заключаться в том, что при расчете переходного процесса будет использоваться система уравнений (3.0) и начальными условиями (3.1). При расчете частных производных критерия по оптимальным настройкам может быть использован один из двух рассмотренных выше подходов (с использованием квазианалитических рекуррентных зависимостей и без них). При использовании конечно-разностных уравнений необходимо взять частные производные от всех уравнений системы (3.0) по всем настройкам обоих регуляторов. Начальные условия для расчета численных значений полученной системы конечно-разностных уравнений необходимо задать аналогично начальным условиям (3.1).

ИЗВЕСТИЯ

ГОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОДНОГО КЛАССА ОБЪЕКТОВ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ

ПАРАМЕТРАМИ

В. И. КАРНАЧУК, В. Я. ДУРНОВЦЕВ

(Представлена научным семинаром кафедры ФТФ)

Системы многосвязного регулирования (СМР) в настоящее время находят все большее применение в автоматизации сложных объектов. Обусловлено это тем, что комплексная автоматизация производственных процессов требует перехода от регулирования одного параметра к связанному регулированию нескольких величин, оказывающих влияние друг на друга. Среди подобных систем большое место занимают однотипные СМР, состоящие из нескольких идентичных, одинаково настроенных регуляторов, работающих от общего источника сырья или на общую нагрузку. К однотипным СМР можно отнести многоканальные САР объектов с распределенными параметрами, задачей которых является автоматическая оптимизация распределения параметра. Эта задача не может быть правильно решена, если не будет учтено взаимное влияние регулируемых параметров. Учет взаимного влияния значительно осложняет анализ системы, так как в связанной системе динамика каждого параметра описывается дифференциальным уравнением высокого порядка.

Основоположником теории регулирования нескольких параметров является И. Н. Вознесенский. Он показал, что для ликвидации влияния параметров друг на друга в систему необходимо ввести искусственные связи, компенсирующие влияние естественных связей. В этом случае связанная система превращается в несвязанную, т. е. автономную. Проблема автономности является специфической проблемой, отсутствующей в теории одномерных САР. И. Н. Вознесенский решил эту проблему для объекта первого порядка, управляемого идеальным регулятором. Позднее были найдены физически и технически реализуемые условия автономности для более сложных систем . В этих работах круг рассмотренных объектов, как правило, ограничивается объектами первого порядка. Однако на практике при исследованиях в области регулирования объектов с распределенными параметрами таких, как ректификационная колонна, нефтегазоносный пласт, вулканизационные камеры, различного рода реакторы и т. п., требуется зачастую более сложное приближение.

В настоящей работе рассматриваются некоторые вопросы синтеза двумерной СМР астатического объекта с фазовым упреждением.

когда объект по каждой регулируемой величине описывается диффе ренциальным уравнением второго порядка:

т dЧ dx 2 dt2 dt

коТi -У- +коу. dt

Структурная схема системы связанного регулирования представлена на рис. 1. Система предназначена для поддержания заданного значения параметра X в двух различных областях большого объекта.

2 регулятор w

Рис. 1. Структурная схема двумерной СМР

Объект регулирования представляет собой многосвязную систему с ^-структурой по принятой классификации . Передаточные функции объектов по каждому прямому каналу равны:

К0(Т,р+1) ■

СР) - ^02 (Р)

Р(Т2Р+> 1)

Взаимосвязь регулируемых параметров представлена на структурной схеме через постоянные коэффициенты Li2 = ¿2b хотя в общем случае она не является инвариантной по времени. Рассматриваются интегральные регуляторы с передаточной функцией:

Сигналы управления регуляторы получают от инерционных датчиков (термопар), расположенных вблизи соответствующих регулирующих органов. Передаточные функции датчиков:

Wn (p) = WT2(p) =

Анализ связанной системы с помощью уравнений движения, записанных даже в операторной форме, является неудобным ввиду высокого порядка уравнений. Гораздо большими удобствами, особенно для структурного синтеза, обладает матричный метод записи уравнений.

При матричной форме записи уравнение для объекта с У-струк-турой имеет вид:

■ WciWcalia^i 1 - W 01^02^12^21

1 - 1^0] 1 - 12^21

а ^ и матрицы-столбцы регулируемой и регулирующей величины соответственно.

Для регулятора можно записать:

^^(¿у-Х). (6)

и%(р)=Г 0 [о

5 - преобразующая матрица управляющих воздействий; у - матрица-столбец управляющих воздействий.

Элементы матриц и 5 могут быть получены после несложных структурных преобразований:

р(Тар+\)(ТТр+\)

Тогда уравнение замкнутой СМР можно записать в следующем виде (здесь и дальше будем полагать, что возмущения, действующие на систему / = 0):

Х = (/ + Г0г р)"1 - W оГ р5Г, (7)

где / - единичная матрица.

Из (7) можно получить характеристическое уравнение замкнутой СМР, если приравнять нулю детерминант матрицы (/ + WqWp):

| / + W0WP | = 0. (8)

Для СМР пока не найдено достаточно общих критериев проверки устойчивости. Определение корней характеристического уравнения (8) также является довольно громоздкой задачей, так как можно показать, что даже в двумерном случае приходится решать уравнение десятого порядка. При таких условиях применение средств вычислительной техники для расчета СМР является не только желательным, но и необходимым. Особенно велико значение аналоговых моделей для решения задач синтеза СМР, обладающих определенными заданными свойствами, и прежде всего автономных СМР. Известно, что реализация условий автономности является зачастую невозможной, во всяком случае для каждой конкретной системы нахождение условий автономности, которые можно было бы реализовать достаточно простыми звеньями, является самостоятельной задачей. Из выражения (7) видно, что условия автономности сводятся к диагонализации матрицы

Ф, = (/ + ^р)-1" wQwps.

В этом случае уравнения СМР распадаются на я независимых уравнений. Очевидно, что матрица Фу будет диагональной только в том случае, если будет диагональной матрица W0Wpj являющаяся передаточной матрицей разомкнутой СМР. Для реализации этих условий в СМР вводятся искусственные компенсирующие связи, передаточные

Рис. 2. Электронная модель автономной СМР,

функции которых могут быть определены из более удобной для этих целей записи матричного уравнения СМР :

Фу= ^о Гр(5-Фу). (9)

Существует большое число вариантов осуществления компенсирующих связей. Однгко расчеты, проведенные согласно уравнению (9), показывают, что наиболее удобным для реализации является вариант структурной схемы, когда перекрестные связи накладываются между входами усилителей регуляторов. Для этого случая передаточные функции компенсирующих связей имеют вид:

/Сю (/>) = - №«¿12; К2\{р) = -

С учетом выражения (2) имеем: * и (Р) <= К21 (р) =

Для исследования двумерной СМР была использована электронная модель системы, собранная на базе аналоговой установки ЭМУ-8. Схема электронной модели СМР представлена на рис. 2. Числовые значения параметров были приняты следующие: а;о=10; КуК^/(г== 0,1; Тх = 10 сек; Г2 = 0,1 сек; Тт = 0,3 Тг = 0,5 се/с; I = 0,1 0,9.

Рис. 3. Кривые переходных процессов в каналах неавтономной (а) и автономной (в) СМР

Исследования модели показали, что система без компенсирующих связей остается устойчивой до значения величины взаимосвязи ¿ = 0,5. Дальнейшее увеличение L приводит к расходящимся колебаниям регулируемой величины. Однако даже при L <0,5 характер переходного процесса в системе является неудовлетворительным. Полное время успокоения составляет 25-ъЗО сек при максимальном выбросе 50%. Введение перекрестных связей, соответствующих условиям автономности, позволяет резко улучшить качество регулирования.

Как видно из графиков (рис. 3) чувствительность каждого канала к изменению уставки в соседнем канале заметно снижается. Длительность переходного процесса и величина максимального выброса могут быть уменьшены снижением коэффициента усиления усилителей обоих каналов в 2 раза по сравнению с коэффициентом усиления, принятым для несвязанной отдельной системы.

1. Найдены условия автономности, реализуемые простыми активными ЯС-цепями для СМР объектов второго порядка- с фазовым упреждением.

2. Анализ сложных СМР с помощью аналоговых вычислительных машин позволяет выбрать оптимальные значения параметров СМР.

Предложена электронная модель двумерной автономной СМР» Показано влияние величины взаимосвязи на устойчивость системы.

ЛИТЕРАТУРА

1. М. В. Мееров, Системы многосвязного регулирования. Изд. «Наука», 1965.

2. В. Т. Морозовский. «Автоматика и телемеханика», 1962, № 9.

3. М. Д. М е з а р о в и ч. Многосвязные системы регулирования. Труды I конгресса ИФАК, Изд. АН СССР, 1961.

Каскадное регулирование - это регулирование, в котором два или больше контуров регулирования соединены так, чтобы выход одного регулятора корректировал уставку другого регулятора.

На рисунке выше приведена блок-схема, которая иллюстрирует понятие каскадного регулирования. Блоки на диаграмме фактически представляют компоненты двух контуров регулирования: ведущий контур, который составлен из элементов системы регулирования A, E, F, и G и ведомый контур, который составлен из элементов системы регулирования A, B C, и D. Выход регулятора ведущего контура является заданием (уставкой) для регулятора ведомого контура регулирования. Регулятор ведомого контура вырабатывает управляющий сигнал для исполнительного механизма.

Для процессов, которые имеют значительные характеристики запаздывания (емкость или сопротивление, которые замедляют изменения переменной), ведомый контур регулирования каскадной системы может обнаружить рассогласование в процессе раньше и уменьшить тем самым время, требующееся для устранения рассогласования. Можно сказать, что ведомый контур регулирования «делит» запаздывание и уменьшает воздействие возмущения на процесс.

В системе каскадного регулирование используется больше, чем один первичный чувствительный элемент, и регулятор (в ведомом контуре регулирования) получает больше, чем один входной сигнал. Следовательно, система каскадного регулирования - это многоконтурная система регулирования.

Пример системы каскадного регулирования

В примере выше контур регулирования будет в итоге ведущим контуром при построении системы каскадного регулирования. Ведомый контур будет добавлен позже. Цель этого процесса состоит в том, чтобы нагреть воду, проходящую через внутреннее пространство теплообменника, обтекая трубы, по которым пропускается пар. Одна из особенностей процесса - то, что корпус теплообменника имеет большой объём и содержит много воды. Большое количество воды обладает ёмкостью, позволяющей сохранять большое количество теплоты. Это означает, что, если температура воды на входе в теплообменник изменится, эти изменения проявятся на выходе теплообменника с большим запаздыванием. Причиной запаздывания является большая ёмкость. Другой особенностью этого процесса является то, что паровые трубы оказывают сопротивление передаче теплоты от пара внутри труб к воде снаружи труб. Это означает, что будет иметься запаздывание между изменениями в паровом потоке и соответствующими изменениями температуры воды. Причиной этого запаздывания является сопротивление.

Первичный элемент в этом контуре регулирования контролирует температуру воды на выходе из теплообменника. Если температура воды на выходе изменилась, соответствующие физические изменения первичного элемента измеряются измерительным преобразователем, который преобразовывает значение температуры в сигнал, посылаемый регулятору. Регулятор измеряет сигнал, сравнивает его с уставкой, вычисляет разность и затем вырабатывает выходной сигнал, который управляет регулирующим клапаном на паровой линии, являющимся конечным элементом контура регулирования (регулирующим органом). Паровой регулирующий клапан или увеличивает, или уменьшает поток пара, обеспечивая возвращение температуры воды к уставке. Однако, из-за характеристик запаздывания процесса, изменение температуры воды будет медленным, и потребуется длительное время прежде, чем контур регулирования сможет считывать на сколько температура воды изменилась. К тому времени, могут произойти слишком большие изменения температуры воды. В результате, контур регулирования выработает избыточно сильное управляющее воздействие, что может привести к отклонению в противоположную сторону (перерегулированию), и снова будет "ждать" результат. В связи с медленной реакцией подобно этой, температура воды может циклически колебаться вверх и вниз в течение долгого времени прежде, чем придёт к устойчивому состоянию, возвратившись на значение уставки.

Переходной процесс системы регулирования улучшается, когда система дополняется вторым контуром каскадного регулирования, как показано на рисунке выше. Добавленный контур - это ведомый контур каскадного регулирования.

Теперь, когда изменяется расход пара, эти изменения будут считываться чувствительным элементом расхода (B) и измеряться измерительным преобразователем (C), который посылает сигнал ведомому регулятору (D). В то же самое время, температурный чувствительный элемент (E) в ведущем контуре регулирования воспринимает любое изменение температуры воды на выходе теплообменника. Изменения эти измеряются измерительным преобразователем (F), который посылает сигнал ведущему регулятору (G). Этот регулятор выполняет функции измерения, сравнения, вычисления и производит выходной сигнал, который посылается ведомому регулятору (D). Этот сигнал корректирует уставку ведомого регулятора. Затем ведомый регулятор сравнивает сигнал, который он получает от датчика расхода (C), с новой уставкой, вычисляет разность и вырабатывает корректирующий сигнал, который посылается на регулирующий клапан (A), чтобы корректировать расход пара.

В системе регулирования с добавлением к основному контуру ведомого контура регулирования любое изменение расхода пара немедленно считывается дополнительным контуром. Необходимая корректировка выполняется почти сразу, прежде, чем возмущение от парового потока воздействует на температуру воды. Если произошли изменения температуры воды на выходе из теплообменника, чувствительный элемент воспринимает эти изменения и ведущий контур регулирования корректирует уставку регулятора в ведомом контуре регулирования. Другими словами, он устанавливает контрольную точку или "смещает" регулятор в ведомом контуре регулирования так, так, чтобы скорректировать расход пара, с целью обеспечения заданной температуры воды. Однако, это реакция регулятора ведомого контура регулирования на изменения расхода пара уменьшает время, требуемое для компенсации влияния возмущения со стороны парового потока.

о и и с л н и е виол изоьгктяния

Союз Советских

Социалистических

Реслтблик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 11.11.1965 (№ 943575/24-6) с присоединением заявки №

УДК 621.165.7-546 (088.8) Комитет ао делам изобретений и открытий при Совете Министров

В. Б. Рубин, Г. И. Кузьмин и А. В. Рабинович;

Чг n,ъ, Всесоюзный теплотехнический институт им. Ф. Э. Дзернвзщского

Заявитель

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБИН

Известен способ несвязанного регулирования теплофикационных турбин, в котором статическая автономность достигается установкой изодромных (или с малой неравномерностью) регуляторов каждого параметра.

Этот способ не может быть применен при параллельной работе нескольких объектов хотя бы по одному из параметров, потому что параллельное включение изодромных регуляторов недопустимо и, кроме того, при параллельной работе необходимо стабилизировать не параметры, а обобщенные силы объектов, воздействующие на запараллеленные параметры. Поэтому при параллельной работе на турбинах применяют более сложный способ связанного регулирования.

Связанные системы в принципе обеспечивают во всех условиях не только статическую, но и динамическую автономность регулирования. Однако достижение динамической автономности в большинстве случаев связано со значительными конструктивными затруднениями, поэтому в реальных системах по экономическим соооражсниям полная BBTOHQMность обеспечивается редко. Кроме того, и с эксплуатационной точки зрения лишь в очень редких случаях требуется обязательное соблюдение динамической автономности контурсв регулирования. Переход от более простых несвязанных систем к более сложным связанным системам диктуется зачастую только невозможностью получить в известных схемах несвязанного регулирования статическую автономность при необходимости параллельной работы по какому-либо из параметров. Переход этот приводит не только к усложнению схемы. В системах, построенных по способу связанного регулирования, автономность достигается парометрически вЂ” подбором коэффи10 циентов усиления (передаточных отношений) перекрестных связей между регуляторами, При постоянстве передаточных отношений автономность на всех режимах не выдерживается. В несвязанном же регулировании автономность обеспечивается компенсационно (регуляторами). Кроме того, применение связанной системы регулирования значительно усложняет методы изменения структуры схемы при переводе турбины на специальные ре2р жимы (например, на работу с противодавлением и т. д.), Вопросы устойчивости решаются удовлетворительно при связанном и при несвязанном регулировании.

Предложенный способ позволяет достичь

25 статической автономности в несвязанных системах регулирования как при изолированной, так и при параллельной работе и тем самым снимает необходимость применения в теплофикационных турбинах сложных некомпенсаз0 ционных систем связанного регулирования.

Сущность изобретения заключается в том, что в несвязанные контуры регулирования скорости и давления введены, в качестве следящих подсистем., регуляторы производной (механической) мощности турбины и расхода пара в отбор.

Схема предлагаемого способа показана на чертеже, В контур регулирования скорости 1 турбин введен исполнительный контур 2 регулирования производной (механической) мощности, т. е. контур регулирования обобщенной внутренней силы объекта, воздействующего со стороны турбогенератора на частоту системы.

Контур регулирования мощности выполнен изодромами. Регулятор мощности 8 получает задания от регулятора скорости 4, от ручного датчика 5, от системных регуляторов о и воздействует только на клапаны высокого давления 7, В контур 8 регулирования давления введен исполнительный контур 9 стабилизации расхода пара в отбор, т. е. также вводится контур регулирования обобщенной внутренней силы объекта, воздействующей со стороны турбогенератора на давление в отборе. Регулятор расхода 10 получает задания от регулятора давления 11, от ручного задатчика 12, от системных регуляторов 18 и воздействует только на каналы низкого давления 14.

Остальные обозначения, принятые на чертеже 1б вЂ” производимая (механическая) мощность турбины, 1б вЂ” расход пара, направляемый регулирующими органами турбины в отбор, 17 вЂ отдаваем (электрическая) мощность генератора, 18 вЂ” расход пара тепловым потребителем, 19 вЂ” частота (при изолированной работе) или фазовый угол генератора (при параллельной работе), 20 вЂ” давление в отборе (при изолированной работе) или перепад давления между камерой отбора и потребителем (при параллельной работе по пару).

При изолированной работе агрегата по электрической и тепловой нагрузке статическая независимость регулирования обеспечивается в схеме так же, как и в обычных системах несвязанного регулирования теплофикационных турбин. При возмущении со стороны теплового потребителя и перемещении клапанов низкого давления число оборотов турбогенератора стабилизируется регулятором скорости (регулятор мощности при этом облегчает выполнение этой задачи, так как стабилизует мощность турбины). При возмущении со стороны электрического потребите5

40 ля и перемещении клапанов высокого давления стабилизация давления в отборе осуществляется регулятором давления, регулятор расхода при этом облегчает выполнение этой задачи, так как стабилизирует расход.

Статическая независимость сохраняется в схеме и при параллельной работе турбогенератора при электрической нагрузке и тепловой нагрузке. В этом случае схема работает следующим образом. При возмущении со стороны электрического потребителя (изменение частоты) при ручной перестановке регулирующих клапанов высокого давления неизменное давление в отборе в статике поддерживает регулятор расхода. При возмущении же со стороны теплового потребителя и перестановке клапанов низкого давления неизменность электрической нагрузки обеспечивается в статике регулятором мощности. Связи, присущие схемам связанного регулирования (между регулятором скорости и клапанами низкого давления и между регулятором давления и клапанами высокого давления), в системе отсутствуют. Ввод импульсов по мощности и по расходу в систему регулирования турбины может быть осуществлен через серийно выпускаемые турбостроительными заводами электрогидравлические преобразователи.

При наиболее распространенном режиме работы теплофикационных турбин вЂ” параллельная работа по электрической нагрузке и изолированная работа по тепловой нагрузке (на изолированные бойлеры) вЂ” способ регулирования упрощается. В этом случае контур регулирования расхода 9 не нужен и вводится лишь контур регулирования мощности.

По такому же принципу вместо контуров регулирования давления и расхода могут быть введены контуры регулирования температуры сетевой воды и расходов.

Предмет изобретения

Способ регулирования теплофнкационных турбин, оборудованных несвязанными системами регулирования скорости и давления, отличающийся тем, что, с целью обеспечения статической автономности как при изолированной, так и при параллельной работе, в систему регулирования скорости турбины вводят контур регулирования производимой мощности, а в систему регулирования давления вЂ” контур регулирования расхода пара в отбор для нейтрализации в статике взаимного влияния нагрузок.

Составитель М. Миримский

Редактор Е. А. Кречетова Техред А. А. Камышникова Корректор Е. Д. Курдюмова

Заказ 2527/8 Тираж 1220 Формат бум. 60>

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, д. 2

Вопросы, рассматриваемые в лекции:

1. К каким последствиям приводит равенство динамики прямых и перекрестных связей в АСР несвязанного регулирования.

2. Какие рабочие частоты желательно иметь в контурах несвязанного регулирования.

3. Что такое комплексный коэффициент связанности.

4. Принцип автономности.

5. Условие приближенной автономности.

Объекты с несколькими входами и выходами, взаимно связанные между собой, называют многосвязанными объектами.

Динамика многосвязанных объектов описывается системой дифференциальных уравнений, а в преобразованном по Лапласу виде матрицы передаточных функций.

Существует два различных подхода к автоматизации многосвязанных объектов: несвязанное регулирование отдельных координат с помощью одноконтурных АСР; связанное регулирование с применением многоконтурных систем, в которых внутренние перекрестные связи объекта компенсируются внешними динамическими связями между отдельными контурами регулирования.

Рисунок 1 - Структурная схема несвязанного регулирования

При слабых перекрестных связях расчет несвязанных регуляторов ведут, как для обычных одноконтурных САР с учетом основных каналов регулирования.

Если перекрестные связи достаточно сильны, то запас устойчивости системы может оказаться ниже расчетного, что приводит к снижению качества регулирования или даже к потери устойчивости.

Для учета всех связей объекта и регулятора, можно найти выражение для эквивалентного объекта, которое имеет вид:

W 1 э (p) = W 11 (p) + W 12 (p)*R 2 (p)*W 21 (p) / . (1)

Это выражение для регулятора R 1 (p), аналогичное выражение и для регулятора R 2 (p).

Если рабочие частоты двух контуров сильно отличаются друг от друга, то взаимное их влияние будет незначительным.

Наибольшую опасность представляется случай, когда все передаточные функции равны между собой.

W 11 (p) = W 22 (p) = W 12 (p) = W 21 (p). (2)

В этом случае настройка П - регулятора будет в два раза меньше, чем в одноконтурной АСР.

Для качественной оценке взаимного влияния контуров регулирования используют комплексный коэффициент связности.

K св (ίω) = W 12 (ίω)*W 21 (ίω) / W 11 (ίω)*W 22 (ίω). (3)

Его обычно вычисляют его на нулевой частоте и рабочих частотах обоих регуляторов.

Основой построения систем связанного регулирования является принцип автономности. Применительно к объекту с двумя входами и выходами понятие автономности означает взаимную независимость выходных координат У 1 и У 2 при работе двух замкнутых систем регулирования.

По существу, условие автономности складывается из двух условий инвариантности: инвариантности первого выхода У 1 по отношению к сигналу второго регулятора Х P 2 и инвариантности второго выхода У 2 по отношению к сигналу первого регулятора Х P 1:

y 1 (t,x P2)=0; y 2 (t,x P1)=0; "t, x P1 , x P2 . (4)

При этом сигнал Х P 1 можно рассматривать как возмущение для У 2 , а сигнал Х P 2 – как возмущение для У 1 . Тогда перекрестные каналы играют роль каналов возмущения (рисунок 1.11.1 и рисунок 1.11.2). Для компенсации этих возмущений в систему регулирования вводят Динамические устройства с передаточными функциями R 12 (p) и R 21 (p), сигналы от которых поступают на соответствующие каналы регулирования или на входы регуляторов.

По аналогии с инвариантными АСР передаточные функции компенсаторов R 12 (p) и R 21 (p), определяемые из условия автономности, будут зависеть от передаточных функций прямых и перекрестных каналов объекта и будут равны:

; , (5)

; . (6)

Так же, как в инвариантных АСР, для построения автономных систем регулирования важную роль играет физическая реализуемость и техническая реализация приближенной автономности.

Условие приближенной автономности записывается для реальных компенсаторов с учетом рабочих частот соответствующих регуляторов:

при w=0; w=w Р2 , (7)

при w=0; w=w Р1 . (8)

(а) – компенсация воздействия от второго регулятора в первом контуре регулирования

(б) – компенсация воздействия от первого регулятора во втором контуре регулирования

Рисунок 2 - Структурные схемы автономных АСР

Рисунок 3 - Структурная схема автономной системы регулирования двух координат

В химической технологии одним из самых сложных многосвязных объектов является процесс ректификации. Даже в простейших случаях – при разделении бинарных смесей – в ректификационной колонне можно выделить несколько взаимосвязанных координат. Например, для регулирования процесса в нижней части колонны необходима стабилизация минимум двух технологических параметров, характеризующих материальный баланс по жидкой фазе и по одному из компонентов.

Вопросы для самоконтроля:

1. Определение и задачи автоматизации.

2. Современная АСУТП и этапы ее развития.

3. Задачи управления и регулирования.

4. Основные технические средства автоматики.

5. Технологический процесс, как объект управления, основные группы переменных.

6. Анализ технологического процесса как объекта управления.

7. Классификация технологических процессов.

8. Классификация систем автоматического регулирования.

9. Функции управления автоматических систем.

10. Выбор регулируемых величин и регулирующего воздействия.

11. Анализ статики и динамики каналов управления.

12. Анализ входных воздействий, выбор контролируемых величин.

13. Определение уровня автоматизации ТОУ.

14. Объекты управления и их основные свойства.

15. Разомкнутые системы регулирования. Достоинства, недостатки, область применения, структурная схема.

16. Замкнутые системы регулирования. Достоинства, недостатки, область применения, структурная схема и пример использования.

17. Комбинированные системы регулирования. Достоинства, недостатки, область применения, структурная схема и пример использования.

18. Теория инвариантности автоматических систем управления.

19. Комбинированные АСР.

20. Типовые компенсаторы.

21. Расчет компенсатора.

22. Что такое условие приближенной инвариантности.

23. На каких частотах проводят расчет компенсатора при условии частичной инвариантности.

24. Условие физической реализуемости инвариантных САР.

25. Системы каскадного регулирования.

26. Что такое эквивалентный объект в каскадной САР.

27. Чем объясняется эффективность каскадных АСР.

28. Методы расчета каскадных АСР.

29. АСР с дополнительным импульсом по производной из промежуточной точки.

30. Область применения АСР с дополнительным импульсом по производной.

31. Расчет АСР с дополнительным импульсом по производной.

32. Взаимосвязанные системы регулирования. Системы несвязанного регулирования.

33. К каким последствиям приводит равенство динамики прямых и перекрестных связей в АСР несвязанного регулирования.

34. Какие рабочие частоты желательно иметь в контурах несвязанного регулирования.

35. Что такое комплексный коэффициент связанности.

36. Системы связанного регулирования. Автономные АСР.

37. Принцип автономности.

38. Условие приближенной автономности.