8

Лабораторная работа № 1. Исследование аср теплового объекта.

Цель работы. Изучение особенностей работы регуляторов, исследование основных принципов регулирования и свойств одноконтурных АСР.

1. Описание установки.

Исследуемая АСР состоит из объекта регулирования, датчика температуры (термопары), регулятора (контроллера) серии «YS100» фирмы Йокогава (Yokogawa) и исполнительного устройства (симисторного преобразователя) (рис.1).

F₁

F₂

X u у

Регулятор

«YS100»

Исполнительное устройство

ОБЪЕКТ

У

Датчик

температуры

Рис.1. Функциональная схема АСР

Объект управления – паяльник.

Регулируемая величина Y – температура.

Задающее воздействие Х

Управляющее воздействие U – длительность импульсов напряжения (мощность), подаваемого на нагревательный элемент паяльника.

Возмущающие воздействия F_i – изменения температуры окружающей среды и напряжения питания симисторного преобразователя.

Значение регулируемой величины, задание регулятора и управляющее воздействие отображаются на экране (панели) регулятора

2. Регулятор.

Функции регулятора реализует многофункциональный контроллер «YS150» или программируемый контроллер «YS170» серии «YS100» фирмы Йокогава. Регулируемой величиной может быть температура, измеряемая термопарой, или любой параметр, который может быть преобразован в сигнал постоянного тока в пределах, 4-20 мА или 1-5 В. В исследуемой АСР ЭДС термопары унифицируется с помощью внешнего или встроенного в контроллер нормирующего преобразователя. Контроллер реализует ПИД закон регулирования, и в частности П и ПИ законы. В программируемом контроллере «YS170» можно реализовать два независимых контура регулирования.

Регулятор может работать в ручном режиме, когда обратная связь отсутствует и оператор, изменяя задание, непосредственно воздействует на исполнительное устройство (рис. 2) и в автоматическом режиме, когда обратная связь включена (рис. 1).

Рис.2. Ручное и автоматическое регулирование

АСР, созданная на базе (контроллера) регулятора серии «YS100» может работать как система стабилизации (задание постоянно), следящая система (задание поступает извне и изменяется по заранее неизвестному закону), и как система программного регулирования (задание изменяется по программе). С помощью (контроллеров) регуляторов серии «YS100» можно осуществить регулирование по отклонению, возмущению, комбинированное, каскадное и взаимосвязанное регулирование (последнее реализуется в программируемом контроллере «YS170»). Кроме того, контроллеры серии «YS100» имеют встроенные функции самонастройки, позволяющие в процессе работы осуществлять идентификацию модели процесса и по полученной модели рассчитывать оптимальные настройки регулятора по нескольким критериям качества.

2.1. Основные блоки и операции.

Контроллеры серии «YS 100» имеют блок управления с различными клавишами (кнопками) на лицевой панели и жидко кристаллический дисплей. С помощью клавиш на дисплей вызываются окна (панели) с необходимой для управления и настройки информацией. На задней панели контроллера имеется клеммник с 42 клеммами для подключения питания, входных и выходных сигналов и заземления.

2.1.1 Клавиши лицевой панели. Ручной и автоматический режим работы

По умолчанию на дисплей выводятся панели, отображающие процесс регулирования. в частности значение регулируемой величиныPV (Process value), в нашем случае температура паяльника (шкала 0-200°С), задание регулятору SV (Setpoint value) , устанавливается оператором с помощью клавиш (увеличить) и (уменьшить задание) и управляющее воздействие MV (Manipulated variable). Указанные параметры отображаются на дисплее в цифровом виде, в виде графиков или столбчатых диаграмм. Некоторые из основных параметров контроллера приведены в таблице1.

Управляющее воздействие (сигнал на клапан) отображается в процентах в нижней части дисплея . 0 % соответствует символ С (Close) – клапан закрыт (на выходе регулятора ток 4 mA), 100% соответствует символ О (Open) – клапан закрыт (на выходе регулятора ток 4 mA), Регулятор может работать в трех режимах : ручном , автоматическом и каскадном (в работе не используется).

Перевод в любой из режимов производится нажатием соответствующей клавиши M (Manual) – ручной, A (Autо) – автоматический. Управление клапаном в ручном режиме происходит с помощью клавиш со стрелками больше/меньше в нижней части лицевой панели. Помимо операционных панелей (или панелей оператора) на дисплей могут быть вызваны панели настройки и конфигурирования (инженерные панели).

Таблица 1

Перечень основных переменных и параметров настройки

Обозначение	Назначение	Характеристика	Размерность	Диапазон индикации
SV	Задание (Setpoint value)	Переменная величина	Размерность регулируемой величины	Шкала прибора
PV	Регулируемая величина (Process value)	Переменная величина	Размерность регулируемой величины	Шкала прибора
MV	Управляющее воздействие (Manipulated variable).	Переменная величина	Проценты	–6.3 – 106
PB	Предел пропорциональности (параметр настройки регулятора)	Переменная величина	Безразмерная	2 – 999.9
TI	Время интегрирования (изодрома) (параметр настройки регулятора)	Переменная величина	секунды	1 – 9999
TD	Время дифференцирования (параметр настройки регулятора)	Переменная величина	секунды	1 – 9999

Передаточная функция ПИД – регулятора имеет следующий вид

, (1)

где

Кр, TITD- параметры настройки (настроечные параметры), от которых существенно зависит процесс регулирования;

Кр– коэффициент усиления (пропорциональности);

TI– постоянная времени интегрирования;

TD–постоянная времени дифференцирования.

На практике вместо коэффициента усиления Криспользуется обратная ему величина, называемая пределом пропорциональностиРВи выражаемая, как правило, в процентах

%. (2)

В русскоязычной литературе она часто называется диапазоном дросселирования.

С учетом последней формулы передаточная функция регулятора принимает вид

(3)

При аналитических расчетах часто используют следующую форму записи передаточной функции регулятора:

,

где К₁, К_0, К₂ называются коэффициентами усиления пропорциональной, интегральной и дифференциальной частей регулятора соответственно. Они связаны с настроечными параметрами регулятора следующими формулами:

(4)