1. Теоретические основы расчета настройки связанных систем регулирования

В практике автоматизации сложных технологических процессов встречаются объекты регулирования, которые не удается расчленить на отдельные участки с независимыми регулируемыми величинами. При этом перемещение одного регулирующего органа оказывает влия­ние на несколько регулируемых величин. В связи с этим рассмотрим методику определения настройки систем регулирования объектов с несколькими регулируемыми величинами и соответствующим числом регулирующих органов. Характерные примеры таких воздействий меж­ду регулируемыми параметрами имеют место в энергетическом блоке котел—турбина, где путем изменения расхода топлива и воздуха, принудительной и вытяжной тяги, расхода питательной воды можно ре­гулировать мощность турбогенератора, поддерживать заданное давле­ние и температуру пара, разрежение (давление) в топке, оптимальный режим горения, уровень воды в барабане (или температуру в проме­жуточной точке пароводяного тракта прямоточного котла) и другие технологические параметры.

Методы расчета настройки связанных систем регулирования бази­руются на условиях автономности. Эти требования сводятся к следу­ющему: путем введения дополнительных внешних связей и соответ­ствующей настройкой этих связей надо добиться, чтобы регулирую­щие воздействия каждого регулятора оказывали влияние только на одну “свою” регулируемую величину и практически не влияли на ос­тальные регулируемые величины объекта. В этом случае каждая ре­гулируемая величина может рассматриваться по своему каналу регу­лирующего воздействия как независимая. Дальнейший расчет наст­ройки регуляторов производится для каждого регулятора автономно, как в обычной системе с одной регулируемой величиной, по динами­ческим характеристикам

соответствующего регулируемого участка. 

2. Постановка задачи исследования

В практике проектирования систем управления процессами подготовки и переработки нефти и газа часто приходится иметь дело с объектами, в которых необходимо одновременно регулировать несколько параметров. При этом встречаются случаи, когда эти параметры являются взаимосвязанными через объект. Тогда регулирующее воздействие, вырабатываемое для стабилизации одного параметра, может явиться возмущающим воздействием для другого параметра.

Типичный пример такого объекта – десорбер установки осушки газа (рис. 1), в котором одновременно регулируются температура верха  и низа . Экспериментально установлено, что изменение расхода флегмы не только приводит к стабилизации температуры верха десорбера, но и вызывает изменение температуры низа, а изменение расхода пара одновременно со стабилизацией температуры низа вызывает отклонение температуры верха десорбера.

Аналогичными свойствами обладают отпарная колонна установки стабилизации нефти, ректификационная колонна установки АВТ и т. д.

Структурная схема системы регулирования такого объекта показана на рис. 2.

Наличие динамических перекрёстных связей ухудшает качество регулирования и не позволяет добиться улучшения путём корректировки настроечных параметров регуляторов.   Улучшить качество регулирования можно двумя способами:

• Ø при расчёте настроек регуляторов  и  учитывать динамические свойства перекрёстных связей (сепаратное регулирование);
• Ø ввести в структурную схему дополнительные устройства, компенсирующие перекрёстные связи в объекте (автономное регулирование).

Рис.1 Регулирование температуры верха и низа десорбера.

Рис. 2. Структурная схема системы регулирования объекта с двумя взаимосвязанными параметрами:

 - передаточная функция объекта по основным каналам;

 - передаточная функция объекта по перекрёстным каналам.

Рис. 4. Структурная схема системы автономного регулирования.

Рис. 5. Структурная схема системы несвязного регулирования.

3. Расчет и моделирование системы с двумя взаимосвязанными регулируемыми параметрами.

Дано:

1. Рассчитываем настроечные параметры регуляторов Р1 и Р2 без учета перекрестных связей.

2. Получим передаточные функции динамических компенсаторов W_k¹²(p) и W_k²¹(p), оценим их физическую и техническую реализуемость.

3. Выбираем реальные компенсаторы и рассчитываем их параметры из условия частичной автономности.

АФХ идеального компенсатора

АФХ идеального компенсатора

Так как вектор АФХ идеального компенсатора находится в четвертом квадранте, в качестве реального компенсатора выберем апериодическое звено 1-го порядка:

         Система уравнений для определения настроек реального компенсатора с условием частичной автономности имеет вид:

4. Для оценки степени взаимосвязанности параметров объекта с целью выбора схемы системы регулирования вычисляют величину коэффициента взаимной связи:

Здесь воспользовались меньшей из рабочих частот двух контуров регулирования, рассчитанных без учета перекрестных связей. Если, как в данной работе, к > 0,2, разрабатывается система автономного регулирования, если к ≤ 0,2, можно ограничиться разработкой системы несвязанного регулирования.

Программы моделирования исследуемых САР.

Система автономного регулирования по каналу .

Система несвязанного регулирования  по каналам ,  ;

Система автономного регулирования  по каналам .

Система несвязанного регулирования  по каналам ,  ;

Выводы:

По полученным графикам мы можем определить, что показатели качества систем автономного регулирования превышают показатели качества систем несвязанного регулирования, причем, сравнивая переходные процессы по каналам , , можем установить, что переходной процесс по каналу оказывается наиболее оптимальным.

     Сравним графики для системы автономного и несвязанного регулирования по каналу

Сравним графики для системы автономного и несвязанного регулирования по каналу