Настройка коэффициента усиления регулятора

Анализ качества АСР расхода воды в трубопроводе

При различных значениях параметров регуляторов (коэффициента усиления К_р и времени изодрома Т_и) будут возникать различные переходные процессы АСР расхода воды.

Существует насколько методов определения оптимальной настройки регуляторов. В настоящей лабораторной работе изучается экспериментальный метод подбора настроечных параметров, считая, что нагрузка объекта постоянна.

Настройка регулятора на процесс производится путем тщательного наблюдения и анализа записи прибора КСД-3 при изменении величины Т_и

Настройка коэффициента усиления регулятора

На рис. 4 показаны кривые переходных процессов АСР расхода воды в трубопроводе при различной настройке коэффициента усиления регулятора, перестроенные из полярных координат диаграммы вторичного прибора типа КСД-3.

Кривая 1 соответствует переходному процессу при слишком большом коэффициенте усиления К_р (малом ). Предел пропорциональности должен быть увеличен.

Кривая 2 соответствует очень большому его следует уменьшить. Остаточная ошибка при малом К_р велика. Необходимо отметить, что при настройке регулятора на оптимальное значение Кр может случаться, что процесс протекает ровно, возмущений не наблюдается и выявить характеристику работы регулятора трудно, так как кривая записи не будет иметь отклонений. Тогда создают возмущения путем, смещения стрелки задания с контрольной точки вверх и вниз по диаграмме на максимально возможное в данном объекте регулируемого параметра. Затем добиваются такой величины при которой наступают

 

незатухающие колебания с минимально возможной для данного объекта амплитудой и предельным периодом T_ПР. Эта величина, называется критической (кривая 3).

При такой настройке регулятор выдерживают приблизительно в течения десяти циклов колебаний (n=10) переменной X, после чего определяют предел колебаний

Известно, что наилучшим образом регулятор работает при Установив оптимальный предел пропорциональности , заканчивают настройку коэффициента усилия. Кривая 4 соответствует переходному процессу при оптимальном значении

Настройка времени изодрома

Время изодрома Т_и определяется по формуле

На рис. 5представлены кривые переходных процессов АСР расхода

воды в трубопроводе при различных настройках коэффициента усиления и времени изодрома Т_И регулятора, построенные из полярных координат диаграмм вторичного прибора типа КСД-3.

Кривая 1 соответствует переходному процессу при слишком большом времени изодрома Т_И Процесс происходит медленно, вследствии этого получается большая динамическая ошибка и регулируемая величина медленно возвращается к заданному значении. Переходной процесс апериодический.

При слишком малом Т_И отклонения регулируемого параметра будут меньшими (кривая 2),но время затухания колебательного процесса увеличивается. Кривая 3 соответствует оптимальному переходному процессу. Регулируемый параметр после возмущения совершит 1-2затухания колебаний с малой амплитудой и установится на заданном значении.

Выбрав и установив Т_{И ОПТ} и _0ПТ, считают пневматический изодромный регулятор настроенным на оптимально процесс регулирования.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с функциональной и структурной схемами АСР расхода воды в трубопроводе, принципом действия и устройством пневматического изодромного регулятора.

2. Подать в регулятор сжатый воздух давлением 0,14 МПа.

3. Увеличивая расход воды в трубопроводе вентилями 4 и 7 (см.рис.1), закрывая вентиль 6, включить регулятор в работу.

4. Установив ручку настройки времени изодрома на отметку произвести настройку регулятора на оптимальный процесс регулирования изменением величины предела пропорциональности. Осциллограммы наблюдения занести в табл. 2.

Таблица 2

Численное значение по шкале предела пропорциональности, %	Коэффициент усиления,	Осциллограммы в декартовых координатах

5. Установив произвести настройку регулятора на оптимальный процесс регулирования путем изменения времени изодрома Т_И Осциллограммы наблюдения занести в табл. 3.

Таблица 3

Численные значения шкалы времени изодрома ТИ	Осциллограммы в декартовых координатах

 

6. Нанести системе возмущение f(t)=[1] и записать переходный процесс.

7. Сделать заключение о качестве АСР расхода воды в трубопроводе при оптимальной настройке пневматического изодромного регулятора.

8.Составить отчет о проделанной работе.

Описание системы

автоматического регулирования

расхода воды в трубопроводе

Объектом регулирования (рис. 6), является трубопровод. Датчик АСР расхода воды (ротаметр типа РЭД), соединенный с измерительной частью вторичного прибора типа КСД-3, вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значении регулируемого параметра ХЗаданое значение регулируемой величины Х_зад. устанавливается ручкой «установка задания", расположенной на лицевой стороне вторичного прибора типа КСД-3.

В суммирующем элементе СЭ (суммирующее коромысло регулирующего БР-2 регулятора} происходит сравнение заданного и текущего параметра, в пневматическом реле регулятора сигнал рассогласования подвергается усилению. Регулирующее воздействие регулятора (давление сжатого воздуха на выходе) Z * поступает на исполнительный механизм ИМ (типа МИМ), который регулирующим органом РО (шток с золотником) воздействует на подачу воды в трубопроводе.

На рис.7 представлена структурная схема АСР расхода воды в трубопроводе.

Пневматические изодромные регулирующие устройства встраиваются в измерительные приборы комплекса КСЗ (КСПЗ, КСДЗ и др.) и конструктивно связываются с чувствительными элементами этих приборов.

В настоящей лабораторной работе Пневматический изодромный регулятор встроен в электронный дифференциально-трансформаторный прибор типа КСД-3. Регулятор отрабатывает пропорционально-интегральный закон регулирования.

Регулятор (рис. 8) включает в себя регулирующий блок БР-2-1, интегральный блок БИ-2-П, пневматическое реле - Ш.

Регулирующий блок служит для восприятия рассогласования между текущим и заданным значением параметра, преобразуя его (совместно с реле Ш) в выходной сигнал давления сжатого воздуха. Интегральный блок, предназначенный для отработки интегральной составляющей управлявшего пневматического сигнала, состоит из цепочки RC и выключающего реле. Пневматическое реле служит для усиления мощности пневматического управляющего сигнала.

Текущее значение расхода воды регистрируется пером 2 следующим образом: при включении реверсивного двигателя РД и шестерня Ш₁ находящаяся на валу реверсивного двигателя. Через редуктор вращение двигателя передается зубчатому сектору ЗС, который находится на оси 0₁ пера 2. На оси 0₁ закреплен также рычаг Р₁, который посредством рычажной системы и коромысла 4 соединен с тягой Т.

Заданное значение параметра устанавливается вручную. При изменении положения ручки "Установка задания" вращаются сидящая на одной оси с ней шестерня Ш₃, сцепленная с ней шестерня ίШ₂ и трубка, соединенная с сектором I С, закрепленным на оси 0₄. Рычаг P₂, зaкрепленный на оси 0₄, перемещает через шарнир 0₂ коромысло 4 и указатель задания 3.

Рис.6. Функциональная схема АСР расхода воды в трубопроводе

.

Рис.7. Структурная схема АСР расхода воды в трубопроводе

 

Соединение суммирующего коромысла 4 с механизмами записывающего пера 2 и указателя задания 3 выполнено так, что перемещение пера 2 вызывает перемещение правого конца коромысла 4 и тяги Т, что в свою очередь вызывает перемещение левого конца коромысла 4 и тяги Т, при этом коромысло 4 не передает движения механизму пера 2.

Если положение пера и указателя задания совпадают, то тяга Т остается неподвижной, на вход регулирующего блока сигнал не поступает. Заслонка 27 остается в неизменном положении.

Регулятор может работать как пропорциональный или пропорционально-интегральный в зависимости от того, закрыта или открыта линия, соединяющая выход пневмореле Ш с сильфоном положительной обратной связи 14.

Рассмотрим работу пневматического регулятора в пропорциональном режиме (дроссель 20 закрыт). Отклонение положения пера от указателя задания изменяет положение средней точки коромысла 4, что вызывает перемещение тяги Т, и через рычаг P₃ и ось O₅ угловой рычаг 32 поворачивается.

Штифт 33 отходит от заслонки 27 (при вращении рычага 32 по часовой стрелке), и под действием пружины 31 заслонка приближается к соплу 26. В результате повышения давления в камере В пневматического реле Ш.

Воздух для питания регулятора, предварительно очищенный фильтром, давлением, сниженным редуктором до 0,14 МПа, подводится к выпускному клапану 22 пневматического реле. Пройдя клапан 22, воздух попадает на выход и в камеру А, а также через дроссель 21 в камеру В системы сопла 26.

Рисунок 8 Схема пневматического регулятора

 

При повышении давления в камере В нарушается равновесие сил,

действующих на мембраны. Верхняя мембрана 24 закрывает шариковый клапан 25 сброса воздуха в атмосферу, а нижняя мембрана 23 открывает впускной клапан 22. Это способствует быстрому подъему давления в выходной линии и верхней камере А до тех пор, пока не восстановится равновесие сил на мембранах. Таким образом, на выходе и в камере А устанавливается давление, соответствующее давлению в камере В.

С выхода пневмореле давление передается в сильфон отрицательной обратной связи 12, в результате чего перегородка 13 перемещается влево, В перегородку впрессован штифт 2, который скользя вдоль рабочей поверхности рычага 10, позволяет поворачиваться ему под действием пружины 7 (при установке указателя 6 на соответствующую отметку шкалы 5). Шкала 5 пpoгpaдyиpoвaнa oт 0 дo250% пpeдeлa пpoпорциональности регулятора.

При повороте рычага 10 штифт В отходит от рабочей поверхности который под действием пружины9 поворачивается по часовой стрелке и перемещает угловой рычаг 32 против часовой стрелки. Штифт 33 приближается к заслонке 27 и отводит ее от сопла на некоторое расстояние, соответствующее имеющемуся в данный момент давлению на выхода (в сильфоне обратной отрицательной связи).

Регулятор в этом случае работает с жесткой обратной отрицательной связью и отрабатывает пропорциональный закон регулирования (II регулятор):

.

Коэффициент Кр зависит от передаточного отношения рычажной системы.10-34-32 и от отношения эффективной площади сильфонов к суммарной жесткости упругих элементов сильфонного блока.

Передаточное отношение рычажной системы можно изменить поворотом рычага 6 (в конической цапфе) вокруг оси, проходящей через штифты 11 и8.

На основание рычага 6 и плату нанесены риски, совмещение которых соответствует установке рычага на значение предела пропор-июнажьнооти100%.

Предварительно настраивается соосность штифтов 11 и 8 путем Поворота платы на небольшой угол специальным винтом и эксцентриком. На контрольной точке штифты 11, 8 и коническая цапфа соосны и поэтому перемещение рычага 6 не вызовет смещения рычага 34.

Мы рассмотрели “прямую” работу регулятора увеличение расхода воды в трубопроводе вызывает увеличение расхода воды в трубопроводе взывает увеличение давления на выходе регулятора.

При "обратной" работе регулятора переставляют тягу 30 с рыча­га 29 на рычаг 38, в результате чего угловой рычаг 32 будет при увеличении параметра перемещаться в противоположном направлении.

Работа регулятора в пропорционально-интегральном режиме (ПИ-регулятор). При полностью открытом дросселе 20 (отметка 0,1) дав­ление с выхода пневмореле будет поступать в оба сильфона 12 и 14 одинаково, и отрицательная обратная связь полностью снимется, и ре­гулятор будет работать в режиме, близком к релейному. При ПИ-алгоритме управления ввиду наличия RC цепочки (дроссель 20 и пневмо-емкость 19) и при изменении давления на выходе реле Ш давление в сильфоне положительной обратной связи 14 изменяется со скоростью, которая определяется величиной закрытия дросселя 20 и свободным объемом линии положительной обратной связи.

В этом случае с выхода пневмореле давление сжатого воздуха подается в сильфон отрицательной обратной связи 12 и через открытое пружиной сопло 18 - в камеру А выключающего реле 15.

Проходя через дроссель 20 и пневмоемкость 19, сигнал поступает в сильфон 14 положительной связи. Дроссель 20 проградуирован в единицах времени изодрома.

Таким образом, открытием дросселя 20 дополнительно вводится в действие положительная гибкая обратная связь, и регулятор отрабатывает ПИ-закон регулирования:

Содержание отчета

1.Функциональная и структурная схемы АСР расхода воды в трубопроводе.

2.Принципиальная схема пневматического изодромного регулятора.

3.Таблицы и осциллограммы изменения расхода воды по времени при различных настроечных параметрах регулятора.

Контрольные вопросы

1. Как устанавливается задание пневматического изодромного регулятора?

2.В каком случае регулятор работает как статический?

3.Как включить регулятор в работу?

4.Как производится настройка регулятора на оптимальный процесс регулирований?

5. Чем характеризуется качество АСР?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Анноимов И.В. Основы автоматического управления технологическими процессами нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. - М: Химия, 1967, гл. 1, с. 67-67.

Вотач Е.Я. Расчет застройка промышленных систем регулирования, - И.: Госэнергоиздат, 1961. с. 7-12 гл.3, с. 108-118. 120-125 гл., 4, с. 161-178.

Ануфриев В.В., Демидов К.Я., Сарбулов Ю.С. Автоматика иавтоматизация производственных процессов пищевой промышленности. - Во­ронеж: Изд-во ВГУ. 1963. о. 100-108.