Опубликовано: Март 10, 2012
3.3. Качество регулированияДля оценки качества двухпозиционного регулирования требуется установить амплитуду колебаний и величину установившегося отклонения температуры. Рассматривая процесс двухпозиционного регулирования в системе первого порядка с запаздыванием, изображенный на рис. 3.8, можно .получить [27] следующую формулу для определения амплитуды колебаний в зависимости от параметров объекта и регулятора: На рис. 3.9 построено семейство кривых, вычисленных на основании уравнения (3.3) и позволяющих определять относительное значение амплитуды колебаний по отношению X0(T) объекта и величине нечувствительности 6,y регулятора. Из рис. 3.9 видно, что увеличение времени запаздывания и зоны нечувствительности приводит к росту амплитуды колебаний. Кривые на рис. 3.9 могут быть использованы для практических расчетов позиционных систем автоматического регулирования, характеризующихся переходной характеристикой теплового инерционного звена с запаздыванием, независимо от вида регулируемой величины и конструктивного выполнения регулятора.
По уравнению (3.3) определяют среднюю амплитуду колебаний при симметричной характеристике регулятора, что соответствует по рис. 3.8 Хзад ОД В общем случае величины положительной и отрицательной амплитуд колебаний регулируемой величины не равны между собой и среднее значение регулируемой величины отличается от заданного на величину установившейся (постоянной) погрешности Xycr- Это объясняется тем, что положительная амплитуда колебаний определяется величиной дополнительного притока энергии (на рис. 3.8 Yi), а отрицательная— величиной стока энергии (на рис. 3.8 Y2=Xзад). Следовательно, установившаяся погрешность регулирования зависит от нагрузки объекта (или от задания). В первом приближении можно принять [47], что
(3.4)
где— значения положительной и отрицательной амплитуд регулируемой
величины.
Из уравнений (3.3) и (3.4) получаем
(3.5)
По уравнению (3.7) на рис. 3.10 построен график для оценки установившейся погрешности по расчетной величине амплитуды при известной нагрузке (известному Х,аД). При нечувствительности регулятора относительная величина установившейся погрешности падает — см. формулу (3.6).
На практике сложно определять величину нагрузки для лесосушильных
камер (относительная величина Хзад обычно не известна), поэтому мы предлагаем определять установившееся отклонение по значениям включенного Tвкл ;и выключенного
выкл состояния регулирующего органа, которые можно определить при записи его положений в процессе автоматического регулирования. В этом случае величина Хуст приближенно определяется по формуле.
На рис. 3.11 построен график по уравнению (3.8). Эта формула, как и выражение (3.7), справедлива лишь при малых 6х- Формула (3.8) совпадает с формулой (3.7), если принять, что
Для проверки уравнений (3.3—3.8) и изучения процесса позиционного регулирования в случае применения многоканальных регуляторов проведены эксперименты на аналоговой вычислительной машине МН-7. Для моделирования объекта использовались одно или два инерционных звена и блок запаздывания на базе типового прибора БПЗ-2М. Регулятор Моделировался электронным реле ,и обегающим устройством. Показатели, хапак- теризующие процесс регулирования, записывались на шлейфовом осциллографе Н-700.
В табл. 3.1 приведены результаты определения на вычислительной машине МН-7 показателей качества двухпозиционного регулирования, полученные при обработке осциллограмм. Из
таблицы видно, что амплитуда колебаний Xsl, определенная по графику (см. рис. 3.9), совпадает с данными вычислений, полученными при решении задач на МН-7, а величина Хуст, вычисленная по уравнениям (3.5—3.8), с достаточной точностью совладает с экспериментальными данными. При малых значениях дх можно пользоваться графиком на рис. 3.11.
Ниже даны примеры расчета амплитуды колебаний температуры в камерах. 3.1. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ДВУХПОЗИЦИОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Пример 1. Исходные данные: - - - - изменение температуры насыщенного пара при регулировании (регулирующее воздействие) Тогда для регулятора без нечувствительности из графика (см. рис. 3.10) находим, что или Применение для регулирования процесса сушки древесины многоканальных регуляторов требует правильного выбора времени обегания, так как оно влияет на качество регулирования. Время обегания выбирается в зависимости от параметров объекта регулирования, в частности, от времени запаздывания т0. На рис. 3.12 приведены результаты определения амплитуды колебаний в зависимости от времени обегания Тц и времени запаздывания T0 по данным, полеченным на моделирующей установке. При увеличении времени обегания амплитуда колебаний растет, причем при амплитуда увеличивается незначительно (около 20%).
Следовательно, при использовании многоканальных регуляторов время обегания для одноемкостных объектов с запаздыванием должно выбираться в пределах 0,5—1 т0. Проанализировав качество двухпозиционного регулирования, можно сделать следующие выводы: 1. Для регулирования температуры агента сушки можно применять двухпозиционные регуляторы. При этом для рассматриваемых примеров точность поддержания заданных значений температуры на уровне ±2°С можно получить с регуляторами, нечувствительность которых не превышает 0,5°С.
2. При использовании многоканальных регуляторов, чтобы значительно не ухудшать качество регулирования, время обегания должно выбираться в пределах 0,5—1 т0. При этом в среднем амплитуда колебаний регулируемой величины возрастает на 10— 20%. Для рассматриваемых камер время обегания рекомендуется 1—2 мин.
3. Чтобы не ухудшать качество позиционного регулирования, следует применять малоинерционные преобразователи температуры с постоянной времени в условиях камер не более 1—2 мин.
4. Для уменьшения установившейся погрешности надо настраивать систему регулирования так, чтобы нагрузка соответствовала 50%, т. е. регулирующие воздействия Yi и Y2 (см. рис. 3.8) были раівны между собой. Рассмотрим, каковы реальные значения регулирующих воздействий в лесосушильных камерах на примере камеры непрерывного действия «Валмет». Для оценки величины возмущений Y на рис. 3.13 приведена статическая экспериментальная характеристика камеры, т. е. зависимость температуры в камере от температуры теплоносителя в калориферах. Нижней границей температуры теплоносителя принимаем значение 50°С (температура воды в калорифере не опускается ниже температуры в камере), а верхней — 100° (средняя температура горячей воды после теплообменника). Следовательно, при двухпозиционном регулировании величина возмущения подачей теплоносителя равна ±25°С. Однако следует учитывать, что ,при заданной по режиму температуре в камере 50СС возмущения при закрытии клапана F1 и открытии его Y2 не равны между собой. Это приводит к появлению1 установившейся погрешности (при У2>Уі погрешность положительная, т. е. установившееся значение будет больше 4ад=50° на величину ошибки Хуст).
(Здесь принято, что форма колебаний симметрична. Однако реальная форма кривой отличается крутым фронтом при увеличении температуры и более пологим при ее спаде. Поэтому фактическое установившееся отклонение окажется меньше расчетного).
Величина положительной амплитуды рассчитана для температуры воды IOO0C. Температура смеси в калорифере при открытии клапана в среднем оказывается значительно ниже, что ,приводит К уМеНЬШеНИЮ X+ И, СЛеДОВаТеЛЬНО, уменьшению Хуст.
Из рассмотренных примеров видно, что для повышения качества регулирования (уменьшения амплитуды и установившегося отклонения) надо уменьшать нечувствительность регулятора, запаздывание (инерционность датчиков). Однако и при заданных значениях и запаздывании мин нужного качества
можно добиться при регулировании неполным притоком (уменьшении регулирующего воздействия Y2).
Как уже отмечалось в гл. 1, при поддержании режимов сушки наиболее жесткие требования предъявляются не к амплитуде колебаний, а к установившейся погрешности. В связи с несимметричностью статических характеристик камер, колебаниями параметров теплоносителя, подаваемого ів калориферы, регулирующие воздействия при закрытии и открытии регулирующего органа неодинаковы, что вызывает установившуюся погрешность при двухпозиционном регулировании. Известный способ улучшения качества двухпозиционного регулирования неполным притоком теплоносителя в сушильных камерах, особенно периодического действия, малоэффективен, так как необходимое регулирующее , воздействие до начала сушки выбрать трудно, да оно и не остается постоянным в течение всего процесса. Автором предлагается способ коррекции двухпозиционного регулирования для уменьшения установившейся погрешности температуры среды, при котором величина необходимого регулирующего воздействия «е назначается заранее, а определяется в процессе регулирования в зависимости от соотношения времени включенного (открытого) и выключенного (закрытого) состояния исполнительного механизма, управляющего подачей теплоносителя. При этом уровень подачи теплоносителя изменяют так, чтобы в процессе работы длительность открытого и закрытого состояний регулирующего органа были одинаковы. В этом случае положительная и отрицательная амплитуды колебаний равны и среднее значение регулируемой величины не отличается от заданного. Действительно, из выражения (3.8) следует, что при Tbrji=ТВЫКЛ Хуст == 0.
На рис. 3.14 изображена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа коррекции. Система двухпозиционного регулирования температуры среды в лесосушильной камере 1 включает датчик температуры 2, регулятор 3 с выходным устройством 4, исполнительный орган 8. Корректирующее устройство включает блок 5 измерения и сравнения времен включенного (открытого) и выключенного (закрытого) состояний исполнительного органа 8, вспомогательное управляющее устройство 6 и дополнительный исполнительный орган 9 на трубопроводе с теплоносителем. Система регулирования работает следующим образом. Сигнал от датчика температуры 2 сравнивается с заданием и поступает на регулятор 3, выходное устройство 4 которого включает или выключает исполнительный орган S, управляющий подачей теплоносителя в калорифер 7 камеры. Блок сравнения и измерения 5 корректирующего устройства измеряет время Tвкл и Tвыкл в каждом цикле регулирования. Если при этом ТВкЛ< ТВЫкЛ, управляющее устройство 6 вырабатывает и подает сигнал на уменьшение степени открытия исполнительного органа 9 (ограничивается подача теплоносителя), а если ГВКл>7 выкл, подача теплоносителя увеличивается. Таким образом, корректирующее устройство регулирует подачу теплоносителя так, чтобы Tbkr было равно Гвыкл, при этом обеспечивается равенство среднего значения регулируемой в камере температуры заданному. Использование предлагаемого способа коррекции позволяет повысить точность регулирования температуры среды в камере, что улучшает качество высушиваемого материала. отрывки (возможны ошибки распознавания, формулы опущены) из книги Автоматизация процессов сушки пиломатериалов Е. С. БОГДАНОВ Список литературы
От: AntonSokolov,
Скрыть комментарии (отзывы) (0)
Похожие темы:
« Вернуться
|
