Показатели качества регулирования

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является получение навыков при исследовании системы автоматического регулирования на базе регулятора ТРМ 10PiC, анализе результатов, закрепление полученных в теоретическом курсе знаний, а также получение навыков работы с прибором.

Общая характеристика прибора

Микропроцессорный измеритель-регулятор ТРМ 10PiC является одним из приборов серии ТРМ, выпускаемых НПО ОВЕН для использования в системах автоматизации технологических процессов различных отраслей промышленности.

Прибор имеет три режима: «РАБОТА», «ПРОГРАММИРОВАНИЕ» и «АВТОНАСТРОЙКА». После включения он автоматически устанавливается режим «РАБОТА».

В режиме «РАБОТА» производится измерение и автоматическое регулирование технологического параметра (температуры). В режиме «ПРОГРАММИРОВАНИЕ» производится изменение и запись в энергонезависимую память прибора параметров регулирования, а также изменение параметров режима работы прибора. Режим «АВТОНАСТРОЙКА» предназначен для определения оптимальных значений параметров настройки ПИД-регулятора. Структурная схема прибора изображена на рис. 1.

 

Рисунок 1 – Структурная схема измерителя-регулятора ТРМ10PiC

 

 

Показатели качества регулирования.

Эффективность работы АСР численно характеризуют показателями качества регулирования. Существуют прямые и косвенные оценки качества. Прямые оценки обладают наглядностью и основаны на анализе графика переходной функции. Переходная функция представляет собой реакцию системы на единичное ступенчатое возмущающее воздействие. Пример переходной функции стабилизирующей АСР приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 – график переходной функции АСР

 

Из графика видно, что до момента времени система находилась в состоянии покоя, и регулируемый параметр имел заданное значение. После нанесения возмущающего воздействия регулируемый параметр стал отклоняться от заданного значения, вступил в работу регулятор, и в результате его регулирующего воздействия после нескольких колебаний параметр снова пришел к установившемуся значению.

По данному графику можно определить следующие показатели качества регулирования.

1. Максимальное динамическое отклонение регулируемого параметра от заданного значения в процессе регулирования Δ y ₁ представляет собой амплитуду первой полуволны отклонения, следующей непосредственно за возмущением. Это отклонение зависит от свойств объекта регулирования, величины возмущения, типа и параметров настройки регулятора.

2. Динамический коэффициент регулирования R _Д, представляет собой отношение максимального динамического отклонения Δ y ₁ к отклонению Δ y _∞ при том же воздействии, но без вмешательства регулятора: R _Д = Δ y ₁ / Δ y _∞. Этот показатель характеризует степень воздействия регулятора на переходный процесс.

3. Показатель «перерегулирование» связан с возможным отклонением регулируемого параметра под воздействием регулятора в сторону, противоположную первоначальному отклонению. Перерегулирование характеризует степень колебательности переходного процесса, выражается в % и определяется по формуле σ = (Δ y ₂ / Δ y ₁)·100.

Переходный процесс, при котором σ = 0%, называется апериодическим. При незатухающих колебаниях σ = 100%. При неустойчивом (расходящемся) процессе σ > 100%.

4. Время регулирования τ _Р – это интервал времени от начала переходного процесса до момента, когда отклонение регулируемого параметра не будет превышать допустимых пределов (3…5% от y ₀).

5. Статическая ошибка Δ y _ст – это остаточное отклонение регулируемого параметра от заданного значения после завершения переходного процесса регулирования.

Перечисленные показатели качества регулирования могут быть использованы как для оценки работы действующих систем, так и при расчете и проектировании новых. В последнем случае, исходя из условий технологического процесса, формулируются требования к этим показателям.

Результаты опыта.

Опыт 1.

Температура печи 60,0С°

Установленные значения Т= 40 С°, τ = 10, к = 20

 

Опыт 2.

Температура печи 68С°

Установленные значения Т=60 С°, τ = 10, к = 20

 

Опыт 3.

Температура печи 40С°

Установленные значения Т= 40 С°, τ = 30, к = 20

 

 

 

Опыт 4.

Температура печи 39,9С°

Установленные значения Т= 40 С°, τ = 10, к = 5

 

Таблица 1– Показатели качества регулирования

Показатель	Δt1, °С	Δt2, °С	ΔtСТ, °С.	σ, %	τР, c
Опыт 1	0,5	0,2	0,1
Опыт 2				14,3
Опыт 3	0,2
Опыт 4	0,8	0,3		37,5

Вывод:

В ходе проведенной нами лабораторной работы мы ознакомились с системой автоматического регулирования на базе регулятора ТРМ 10PiC, а также получили четыре различные зависимости изменения температуры при автоматическом регулировании. Так же были определены показатели качества регулирования Δt₁, Δt₂, Δt_СТ, σ, τ, которые сведены в Таблицу 1. По показателям качества можно сделать следующие выводы:

1. При увеличении Т_уст с 40°С до 60°С максимальное динамическое отклонения регулируемой температуры увеличивается на 38,0°С- Δt₁ и на 5,0°С- Δt₂, статическая ошибка Δt_СТ тоже увеличивается, также увеличивается продолжительность времени регулирования τ_р на 640 сек. Однако перерегулирование σ, характеризующее степень колебательности процесса уменьшается на 25,7%. Характерное изменение связано с необходимостью выйти на заданный, более высокий уровень температуры.

2. При изменении постоянной времени, при том же уставочном значении температуры, максимальное динамическое отклонение уменьшается на 0,3°С- Δt₁ и на 0,2°С- Δt₂, Δt_СТ остается так же равной 0, а σ падает до 0%, но время увеличивается на 280 сек.

3. При увеличении коэффициента передачи регулятора в 2 раза, максимальное динамическое отклонение увеличивается на 0,3°С- Δt₁ и на 0,1°С- Δt₂, Δt_СТ остается так же равной 0, однако увеличивается перерегулирование с 0% до 37,5%, но продолжительность времени регулирования незначительно уменьшается на 80 секунд.