Регулирование объектов с запаздыванием

РЕГУЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ [c.249]

В этом простом случае наша задача математически тождественна с рассмотренной в [24 ] и [62 ] задачей о непрямом регулировании объекта с запаздыванием при идеальном измерителе. Рассчитанные по формулам (26.55) критические времена запаздывания х представлены на графике фиг. 90. [c.149]

В задачах, рассмотренных в предыдущих главах, оптимальные настройки выбирались по простым эмпирическим правилам. В настоящей главе эти правила будут рассмотрены более подробно. Здесь будут обсуждены методы определения наилучших настроек для регуляторов, работающих на действующих объектах, а также задача определения настроек регуляторов для проектируемых объектов. Специальный раздел главы посвящен регулированию объектов с большим запаздыванием, так как подобные объекты очень трудно поддаются автоматизации и в некоторых случаях для их регулирования может потребоваться разработка специального регулятора. [c.236]

Рис. 9-13. Модификация системы регулирования для объектов с запаздыванием [Л. И, 12].

Введение в логическую систему регулирования опережающего воздействия целесообразно при регулировании медленно протекающих процессов с запаздыванием, когда в объекте можно выделить инерционную часть или звено с запаздыванием. Промежуточную регулируемую величину рационально получать до инерционной части. Введение логических устройств значительно улучшает качество переходных процессов. [c.486]

Для объектов с чистым запаздыванием ПИ-регулятор 2ПР-2, относящийся к классу регуляторов с параметрически оптимизируемыми алгоритмами управления, обладает несколько лучшим качеством управления по сравнению с ПИД-регулятором ЗПР-З, поскольку характеризуется меньшей колебательностью регулируемой и управляющей переменных. Коэффициент передачи в обоих случаях равен приблизительно 0,5. Введение весового коэ( )фици-ента г>0 при управляющей переменной оказывает незначительное влияние на качество регулирования. Чувствительность этих параметрически оптимизируемых регуляторов к неточному заданию величины запаздывания оказывается меньшей, чем для любых других регуляторов. Наилучшее возможное качество переходного процесса по регулируемой переменной достигается в системе с апериодическим регулятором AP(v) или с идентичным ему регулятором-предиктором РПР. Модифицированный апериодический регулятор АР (v+1) позволяет достичь нового установившегося состояния на такт позже. Однако и апериодический регулятор, и регулятор-предиктор не рекомендуется использовать в том случае, когда запаздывание в объекте известно не точно, поскольку при отличии реального и принятого при синтезе запаздывания система становится неустойчивой. Хорошее качество управления обеспечивает регулятор состояния с наблюдателем. Здесь и(0)=0, поскольку при оптимизации квадратичного критерия качества (8.1-2) [c.195]

Из сравнения качества управления следует, что переходный процесс в разомкнутой системе при ступенчатом изменении установившегося состояния может существенно отличаться от переходного процесса самого объекта управления, если очень большие изменения, входной переменной должны быть исключены. При больших отклонениях управляющей переменной, что характерно для апериодических регуляторов, можно достичь меньшего времени регулирования. Однако это ведет к увеличению чувствительности системы к величине запаздывания. Поэтому в общем случае применять апериодические регуляторы для объектов с большим запаздыванием не рекомендуется. [c.197]

Так как угол отставания увеличивается неограниченно, то любая система, содержащая объект с чистым запаздыванием, имеет конечную критическую частоту и конечный максимальный коэффициент усиления. При уменьшении запаздывания в системе качество регулирования всегда улучшается, так как при этом уменьшается общий угол отставания, а величина модуля системы в целом остается неизменной. При этом увеличиваются критическая частота и, как правило, максимальный коэффициент усиления, так как для большинства систем величина модуля уменьшается с увеличением ш. Если замкнутый контур содержит больше одного звена запаздывания, то для расчета частотных характеристик системы величины запаздывания следует просуммировать. [c.145]

Пример 5-3. Система регулирования включает объект второго порядка с постоянными времени 2 и 0,2 мин и с запаздыванием [c.145]

Если объект обладает запаздыванием, то с помощью обычных регуляторов с двумя или тремя видами регулирующего воздействия трудно добиться высокого качества регулирования. Максимальное допустимое значение коэффициента усиления оказывается недостаточным, так как запаздывание вводит большое отставание по фазе еще до того, как в достаточной степени начинает проявляться демпфирующее воздействие инерционных элементов. Период колебаний велик, он не менее чем в 2 раза превышает время запаздывания, так что уменьшение отклонения до нуля произойдет не раньше, чем по истечении времени, равного пяти-шести значениям времени запаздывания. Было предложено много методов для улучшения качества переходных процессов в системах с запаздыванием. Большинство этих методов [Л. 8— 13] предусматривает введение в регулятор элемента задержки. Просто регулятор, который использует информацию о том, что объект имеет запаздывание, равное Ь секунд, должен иметь возможность вводить более тонкое корректирующее воздействие, чем регулятор, который воспринимает только сигнал ошибки. Приведенные ниже примеры свидетельствуют о том, что возможный эффект от использования таких схем меньше для систем с чисты.м запаздывание м, чем для систем, у которых постоянная времени равна времени запаздывания. [c.250]

На рнс. 9-9 изображена обычная система регулирования объекта, который описывается уравнением элемента чистого запаздывания (например, реактор с длинным трубопроводом). Максимальный коэффициент усиления регулятора равен 1,0 предельный период колебаний составляет 20 мин (в 2 раза больше времени запаздывания). Настройки регулятора /( = 0,5/(макс и Ги = 0,317 пр представляют собой оптимальные значения, полученные из графиков на рис. 9-8. Ступенчатое изменение нагрузки, которое представляет собой, например, изменение [c.250]

На рис. 9-11 показан переходный процесс в обычной системе регулирования, объект в которой описывается уравнением первого порядка с запаздыванием, причем постоянная времени равна времени запаздывания. Типичным примером такого объекта является реактор с мешалкой, включенный последовательно с тру бчатым реактором. Настройки регулятора, найденные по графику на рис. 9-8, являются консервативными, так как соответствующий им переходный процесс в системе не имеет перерегулирования. Интеграл модуля ошибки [c.253]

Для улучшения работы системы регулирования Смит [Л. И, 12] предлагает использовать в регуляторе модель объекта с теми же запаздыванием и постоянными времени. При этом на входе в регулятор формируется сигнал, соответствующий случаю, когда в объекте нет запаздывания, что дает возможность значительно увеличить коэффициент усиления регулятора и уменьшить постоянную времени интегрирования. Общая структурная схема системы Смита показана на рис. 9-12. Частный пример системы приведен на рис. 9-13 (обозначения те же, что и на рис. 9-12). Желаемая передаточная функция имеет вид [c.254]

Появление микро-ЭВМ и микропроцессоров открыло возможность более широкого использования анализаторов в АСУ ТП автоматизация процедур калибровки, пуска и останова обеспечивает надежность при использовании анализаторов в замкнутых системах регулирования. При этом, например, за счет оптимизации (см. раздел 3.3), изменения методики, некоторого ухудшения разрещения стремятся, как уже говорилось выше, сделать общее время анализа, определяющее запаздывание в цепи обратной связи системы управления, таким малым, чтобы им можно было пренебречь по сравнению с запаздываниями Тоб и постоянными времени Го в объекте регулирования. Тогда с точки зрения качества системы управления анализатор ведет себя как обычный датчик, измеряющий текущие значения регулируемого параметра. Однако на практике часто времена запаздывания, вносимые анализатором, сравнимы с То. Тогда их приходится учитывать при оптимизации системы. При этом необходимо знание передаточных функций анализатора а- Рассмотрим их вид на примере наиболее часто применяемого хроматографического анализатора. [c.149]

Надо сказать, что полностью так называемый пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования применяется далеко не всегда. Прежде всего, во многих случаях нет необходимости в дифференциальной составляющей это может быть связано с отсутствием высокочастотных помех или даже с возможной потерей устойчивости. Б других, к сожалению, редких на практике ситуациях, когда переходная характеристика объекта близка к апериодической, оказывается возможным ограничиться пропорциональным законом регулирования, так как запаздывание в таком объекте недостаточно велико, чтобы вызвать неустойчивость или нежелательные колебания после резких толчков или возмущений. [c.38]

Воздействия на все процессы, протекающие в котле, связаны с регулированием подачи топлива, воздуха, питательной воды, с регулированием разрежения (давления) в топке и т. д. Выполнение этих операций вручную приводит к запаздыванию воздействия на нужный объект и требует огромного внимания и напряжения. Надежность, безопасность и экономичность работы котельного агрегата обеспечивает автоматическое регулирование процессов. [c.162]

Статистические методы позволяют осуществить разнообразные алгоритмы оценки параметров объекта. Одним из важных направлений явилось применение для этой цели регрессивных методов. Существенные теоретические задачи возникли и в области теории компенсации влияния случайных циклических возмущений при наличии запаздывания в объекте. В области теории адаптивных систем, не использующих поиски, связанные с регулированием, ряд работ был посвящен таким системам, в состав которых входит модель и применяется пробный гармонический сигнал. Эти системы предназначены для объектов, параметры которых изменяются в широких пределах и с большой скоростью. [c.273]

Пример 4-2. Объект аппроксимируется уравнением первого порядка с постоянной времени 1 мин и чистым запаздыванием Ь = = 1 мин. Инерцией измерительного устройства, регулятора и клапана пренебрегаем. Определим реакцию системы с пропорциональным регулированием иа ступенчатое возмущение по нагрузке, приложенное [c.118]

Частота, на которой фазовый сдвиг равен 180°, является резонансной частотой системы регулирования, и колебания параметра на этой частоте или на близких к ней частотах усиливаются системой регулирования так же, как если бы это было в случае слабо демпфированной системы второго порядка. Посмотрим, как будет вести себя система, изображенная на рис. 5-10, если на нее будут воздействовать небольшие возмущения по нагрузке на критической частоте. Выходной сигнал 0 отстает на 180° от сигнала 0н, т. е. когда 0н максимален, 0 достигает минимума. Хотя регулятор работает без запаздывания, его выходной сигнал на 180° отстает от выходного сигнала объекта, так как выход регулятора увеличивается при уменьшении 0. Таким образом, выходной сигнал регулятора Кр(—0) совпадает по фазе с нагрузкой 0н, и этот суммарный сигнал может оказаться больше исходного возмущения. Установившееся значение амплитуды выходного сигнала равно произведению суммарного входного сигнала на величину модуля и на коэффициент усиления объекта. Для системы, изображенной на рис. 5-10, [c.134]

Пример 6-3. Объект аппроксимируется уравнением первого порядка с постоянной времени 2 мин и запаздыванием 5 мин. Определим критическую частоту и максимальный коэффициент усиления, если в системе применен пропорциональный регулятор. Насколько введение дифференцирующего воздействия улучшит качество регулирования [c.165]

С большим коэффициентом передачи. Чтобы удержать исполнительный механизм в определенном и ненулевом положении, обеспечивающем подачу некоторого количества топлива, на входе Р должен быть ненулевой сигнал. Но это значит, что сигнал разбаланса между истинной температурой и уставкой окажется равным не нулю, а величине управляющего воздействия, задаваемого на исполнительный механизм, поделенной на коэффициент усиления регулятора Р. На первый взгляд, надо сделать этот коэффициент усиления очень большим и тем самым сигнал разбаланса — очень маленьким. Так как сигнал разбаланса есть ошибка регулирования, то она станет пренебрежимо малой, и задача будет решена И ничего не выйдет — забыта динамика, запаздывание сигнала в объекте. [c.35]

Если полученный график процесса регулирования не удовлетворяет требованиям технологического процесса, необходимо произвести тщательный анализ динамических свойств САР и найти нестандартное решение задачи регулирования. Такое решение может быть получено рядом способов заменой стандартного регулятора более сложным, улучшением динамических свойств регулируемого объекта путем внесения изменений в его конструкцию, делением объекта на несколько регулируемых участков, обслуживаемых отдельными регуляторами, введением опережающих импульсов в каналах с большим запаздыванием, ограничением амплитуды возмущающих воздействий и т. д. Расчет таких нестандартных вариантов может быть также произведен на основе развитых ранее методов, однако изложение этих вопросов выходит за рамки настоящего справочника. [c.575]

В работе Грира [Л. 18] дан упрощенный метод предсказания эффективности систем регулирования ве-личины pH. Динамическая погрешность при ступенчатом изменении расхода кислоты, подаваемой в аппарат смещения, рассчитывается по уравнению, описывающему переходный процесс в одноемкостном объекте с запаздыванием, [c.470]

При проектировании систем автоматического регулирования объектов с распределенными параметрами (например, излучателей 1 теплообменников, входящих в качестве основных элементов в ка кие-то энергетические или силовые установки) помимо всего про чего к этим объектам может предъявляться требование обеспече иия высокого быстродействия. Как известно, для этих объектов ха рактерна большая инерционность, т. е. передаточное и перемен нос во времени и пространстве переходные запаздывания, обус ловливающие значительную длительность установления переход иою режима. Известные методы сокращения времени переходного [c.26]

Системы автоматического регулирования с переменной структурой, разработанные на основе развитой теории и принципов построения таких систем, обеспечивают возможность во время протекания переходного процесса скачкообразно изменять структуру и параметры системы при помощи логического устройства. Статический регулятор с переменной структурой эффективно используется для управления классом неустойчивых гетерогенных термохимических процессов, описываемых системой нелинейных дифференциальных уравнений. Для высококачественного управления объектами с взаимосвязанными технологическими параметрами и запаздыванием разработан интегральный регулятор с неременной структурой и минимальными воздействиями регулирующего органа (необходимыми лишь для компенсации возмущающих воздействий в установившихся режимах). Для улучшения динамики процессов управления объектами с большими постоянными времени, работающими в условиях помех, разработан интегральный дискретный регулятор с переменной структурой. [c.260]

Для сравнения качества управления и чувствительности к неточному заданию времени запаздывания различных алгоритмов управления и регуляторов для объектов с большим запаздыванием было проведено моделирование процессов регулирования на ЭВМ с помощью пакета программ САВСА, описанного в гл. 29 [30.1]. При моделировании использовались два типа объектов объект с чистым запаздыванием [c.190]

Для регулирования объекта, описываемого уравнением звена чистого запаздывания, используется пропорционально-интегральный регулятор. Опреде,1ите реакцию системы на ступенчатое изменение нагрузки при условии, что коэффициент усиления регулятора равен половине максимального значения и что постоянная времени интегрирования равна половине времени запаздывания. Определите интеграл модуля ошибки и сравните с соответствующим значением по рис. 9-9. [c.256]

Качество работы системы регулирования определяется свойствами объекта, характеристиками регулятора, а также точкой приложения и величиной возмущения. Иногда качество простой одноконтурной системы регулирования можно существенно улучшить с помощью сравнительно небольших усовершенствований, таких как уменьшение запаздывания или одной из меньших постоянных времени, использование позиционера для улучшения характеристики клапана, введение в регулятор дополнительного воздействия по производной. Если и после этого качество работы системы остается неудовлетворительным из-за больших неконтролируемых изменений нагрузки, следует рассмсгреть возможность использования более сложных систем регулирования. [c.205]

Определение настроек по переходной характеристике объекта. Второй метод, предложенный Циглером и Никольсом [Л. 1], основан на анализе формы кривой переходного процесса — реакции разомкнутой системы на ступенчатое возмущение на входе. Контур регулирования может быть разомкнут при этом в любой точке, однако, как правило, система размыкается между регулятором и клапаном. Система переводится на ручное управление, и производится ступенчатое изменение управляющего давления на клапан. Выходной сигнал объекта, регистрируемый с помощью записывающего прибора, как правило, имеёт 5-образную форму, как показано на рис. 9-2. Параметры настройки регулятора выбираются в зависимости от величины максимального наклона кривой к оси абсцисс N и величины эффективного запаздывания Ь, которая определяется расстоянием от точки начала отсчета до точки пересечения продолжения прямой максимального наклона с осью [c.239]

Во многих задачах регулирования состава или температуры продукта в резервуаре с мешалкой при определении передаточных функций считают, что перемешивание является идеальным. Это предположение приводит к обыкновенному дифференциальному уравнению лервого порядка с постоянной времени, равной VjF—времени пребывания в резервуаре. Однако должно существовать и некоторое залаздывание, по истечении которого изменение концентрации питания будет замечено на выходе резервуара или в любой другой точке, где может быть установлен пробоотборник. Величина запаздывания зависит от размеров резервуара, вязкости жидкости и в некоторой степени от расположения ввода трубы и места установки пробоотборника. Запаздывание при измерении можно уменьшить, приближая точку отбора проб кпод-водящей трубе, но результат анализа этих проб может оказаться непредставительным по отнощению к содержимому резервуара проба обычно берется из выходной линии или в точке, достаточно удаленной от входа резервуара. Точное определение динамических характеристик по отношению к возмущениям на входе в резервуар оказывается очень сложным, но тем не менее частотную характеристику объекта можно достаточно хорошо аппроксимировать [Л. 1, 2] частотной характеристикой звена с постоянной времени, равной VjF, и некоторым временем запаздывания, которое называют запаздыванием смешения. Запаздывание смешения следует отличать от времени смешения, определяемого в других работах. За- [c.450]

Эта формула легко выводится при следующих упрощающих предположеннях. Необходимо предположить, что запаздывание объекта и регулирующих устройств имеет характер чистого запаздывания , т. е. что 1в течение времени Тд после вменения подачи мощности ход изменения температуры остается таким будто изменения мощности не было, а затем, по истечении времени т,, кривая изменения температуры сразу получит экспоненциальную форму, асимптотически приближаясь к новому стабильному значению ti или /г. Второе предположение требует, чтобы регулирование носило симметричный характер при этом стабильные температуры ti и 2 должны быть выбраны таким образом, чтобы положительные и отрицательные отклонения температуры М имели одинаковую величину. Наконец, при выводе формулы (Vn, 17) предполагается, что отклонения температуры М малы по сравнению с разностью стабильных температур I2 — ti. Практически отклонение хода кривых от случая чистого запаздыв-аьия приводит к некоторому уменьшению отклонений температуры от величины, получаемой по приведенной формуле. С другой стороны, несимметричность регулирования вызывает увеличение этих отклонений, зависящее от степени несимметричности. В итоге приведенная формула может служить для ориентировочного расчета максимально возможных отклонений температуры при двухпозиционном регулировании. [c.252]

Таким образом, применимость двухпозиционного регулирования зависит кроме величины допустимых отклонений температуры AI, обусловленных технологичес.кими требованиями, от времени запаздывания Тз, вносимого всеми элементами системы регулирования, от времени разгона объекта р и от того, насколько нужно сблизить между собой предельные температуры I и I2, т. е. насколько можно уменьшить регулируемую часть мощности Рг — Pi по отношению к нерегулируемой мощности Р. Возможность уменьшения регулируемой мощности вавнсит, с технологической стороны, от системы питания объекта и от конструктивных возможностей ее настройки. С другой стороны, уменьшение регулируемой части мощности приводит к уменьшению устойчивости регулирования. Для устойчивой работы регулятора необходимо, чтобы мощность Рг, при всех режимах работы объекта, оставалась больше его теплоотдачи, а мощность Pi оставалась всегда меньше его теплоотдачи. При невыполнении этого условия обе предельные установившиеся температуры ti и t2 окажутся выше (или ниже) заданной температуры 4 пои этом температура объекта отклонится в одну сторону от заданного значения и объект окажется вне сферы действия системы регулирования. [c.253]

Вторичный прибор, применяемый для терморегулирования, также вносит запаздывание, связанное с временем установления его показаний. При выборе регулирующего прибора необходимо иметь в виду, что время запаздывания многоточечного прибора представляет собой суммарное время, необходимое для последовательного установления его показаний со всеми подключенными к нему термоприемниками. Поэтому многоточечные автоматические потенциометры и мосты не всегда применимы для регулирования тепловых объектов, время равгона которых недостаточно велико. Кроме того, сама система подачи мощности к объекту и исполнительные механизмы при автоматическом регулировании должны обладать минимальной механической, тепловой и гидравлической инерцией. [c.254]

Как было указано выше, позиционные регуляторы применимы для многоемкостных объектов только в случае незначительных переходных запаздываний (по сравнению с временем разгона) и малой емкости на стороне подачи по сравнению с емкостью на стороне потребления. При отсутствии этих условий позиционный принцип регулирования обычно совершенно непригоден из-за чрезмерно больших колебаний регулируемой температуры. [c.257]

Также обоснованно должен производиться выбор конкретного регулятора. В частности, важно, чтобы инерционность и запаздывание в собственно системе регулирования были бы значительно меньше, чем в регулируемом объекте. К сожалению, все отечественные промышленные электронные и электромеханические регуляторы (типа РПИК, РУ-4—16А, типа РП1 и др.) работают только на управление двигателем громоздких электрических исполнительных механизмов (типа ИМ-25/4, МЭО, МЭК, МЭП и др.). Быстродействие таких систем резко ограничено, во-первых, малой скоростью выходного вала исполнительных механизмов (порядка 1 об/мин), разработанных для создания значительных крутящих моментов при управлении промышленными регулирующими органами (заслонками и др.), и во-вторых, гистеризисом, люфтами в редукторе и др. Поэтому промышленные регуляторы обеспечивают качественное регулирование в случае инерционных объектов (печи, термостаты), но не позволяют решать многочисленные задачи теплофизики, требующие высокой точности регулирования температурного режима малоинерционных объектов в условиях значительных быстропеременных возмущений. Высокое быстродействие может быть достигнуто только с помощью регуляторов, обеспечивающих ПИД-регулирова-ние чисто электронными методами (без применения электродвигателя). К ним относится, например, регулятор серии 06 типа С. А. Т. фирмы МЕСИ (Франция). Применение регуляторов подобного типа позволило авторам работ [6, 7] при изменении температуры на [c.286]

Система управления летательным аппаратом также может скорректировать режим работы ЖРД по сигналам своих измерителей, однако это происходит с существенным запаздыванием, так как летательный аппарат как объект регулирования имеет постоянную времени на несколько порядков больше, чем постоянные времени ЖРД. Кроме того, для компенсации погрешностей в работе ЖРД с помощью системы управления летательным аппаратом необходимо расширять диапазон регулирования ЖРД системой управления, что достаточно сложно, а часто просто невьи-одно. Поэтому в каждом ЖРД в том или другом виде присутствует система регулирования, поддерживающая режим его работы. Необходимая точность поддержания параметров ЖРД, с одной стороны, определяется особенностями системы )шравления летательным аппаратом, а с другой—параметрами самого ЖРД. [c.18]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...