Međusobno povezani regulatorni sistemi. Sistemi upravljanja komunikacijama. Autonomni ACP. Jednokružni i višestruki, spregnuti i nespregnuti automatski upravljački sistemi, direktna i indirektna kontrola Nespojeni upravljački sistemi

Povezani sistemi upravljanja uključuju, pored glavnih regulatora, dodatne dinamičke kompenzatore. Proračun i podešavanje ovakvih sistema je mnogo složeniji od jednokružno automatizovanih upravljačkih sistema, što onemogućava njihovu široku upotrebu u sistemima industrijske automatizacije.

Razmotrimo metode za proračun višestruko povezanih upravljačkih sistema na primjeru objekta sa dva ulaza i dva izlaza.

3.1.1.Sinteza nepovezanih propisa

Blok dijagram sistema je prikazan na slici 3.1. Transformacija dvokoordinatnog sistema upravljanja u ekvivalentni jednokružni ACS dat je na slici 3.2.

Slika 3.1 - Blok dijagram isključenog upravljanja sa međusobno povezanim koordinatama

Slika 3.2 - Konverzija dvoosnog kontrolnog sistema u ekvivalentni jednokružni ACS

a je ekvivalentni objekat za prvi kontroler; b - ekvivalentni objekat za drugi kontroler.

Izvedemo prijenosnu funkciju ekvivalentnog objekta u ASR s jednim krugom s kontrolerom R1. Kao što vidite, takav objekat se sastoji od glavnog kontrolnog kanala i složenog sistema koji je povezan s njim paralelno, uključujući drugu zatvorenu kontrolnu petlju i dva unakrsna kanala objekta. Prijenosna funkcija ekvivalentnog objekta ima oblik:

Drugi član na desnoj strani jednačine (7) odražava utjecaj druge regulacijske petlje na petlju koja se razmatra i u suštini je korektivna izmjena prijenosne funkcije prednjeg kanala.

Slično, za drugi ekvivalentni objekt dobijamo funkciju prijenosa u obliku:

Na osnovu formula može se pretpostaviti da ako je na nekoj frekvenciji modul korekcije zanemarljiv u odnosu na amplitudno-frekvencijsku karakteristiku direktnog kanala, ponašanje ekvivalentnog objekta na ovoj frekvenciji će biti određeno direktnim kanalom. .

Najvažnija vrijednost korekcije je na radnoj frekvenciji svakog kruga. Konkretno, ako su radne frekvencije dvije regulacijske petlje co p i i oz p2 značajno različite, onda možemo očekivati ​​da će njihov međusobni utjecaj biti neznatan pod uslovom:

|W p2 (iω pl)|<< |W 11 (iω pl)| ; (9)

Gdje je |W p2 (iω pl)| =

Najveća opasnost je slučaj kada je inercija direktnog i poprečnog kanala približno ista. Neka je, na primjer, Wn(p)=W12(p)=W21(p)=W22(p)=W(p). Tada za ekvivalentne objekte, pod uslovom da je R1(p)=R2(p)=R(p), dobijamo funkcije prenosa:

frekvencijske karakteristike

(11)

Na granici stabilnosti, prema Nyquistovom kriteriju, dobijamo:

ili ; (12)

Gdje =l ili |R(iω)|=0,5/|W(iω)|

Dakle, postavka P-regulatora, na kojoj se sistem nalazi na granici stabilnosti, je upola manja u jednokružnom ASR-u.

Za kvalitativnu procjenu međusobnog utjecaja upravljačkih petlji koristi se složeni koeficijent sprezanja:

;(13)

koja se obično računa na nultu frekvenciju (tj. u stacionarnim režimima) i na radnim frekvencijama regulatora co p i i co P 2. Posebno, kada je w = 0, vrijednost kc B određena je omjerom dobici u križnim i glavnim kanalima:

VSWR (0)=Ri2 R21 /(R11 R22); (14) Ako je na ovim frekvencijama ks B = 0, onda se objekt može smatrati jednostavno povezanim na ks B > 1, preporučljivo je zamijeniti direktni i unakrsni kanal; 0<кс В <1 расчет одноконтурных АСР необходимо вести по передаточным функциям эквивалентных объектов (7) и (8).

Izračunajmo ks B za našu opciju:

kcv = (ki2*k2i)/(k11*k22)=(0,47*0,0085)/(0,015*3,25)~0,11

3.1.2 Povezani regulatorni sistemi

Slika 8 prikazuje blok dijagrame autonomnih automatizovanih sistema upravljanja

Slika 3.3 – blok dijagrami autonomnih automatizovanih sistema upravljanja

a - kompenzacija uticaja drugog regulatora u prvoj regulacionoj petlji;

b - kompenzacija uticaja iz prvog regulatora u drugoj regulacionoj petlji;

c - autonomni dvokoordinatni sistem upravljanja. Slika Slika 8 - Blok dijagrami autonomnih automatizovanih sistema upravljanja

Regulacija je vještačka promjena parametara i protoka rashladne tekućine u skladu sa stvarnim potrebama pretplatnika. Regulacija poboljšava kvalitetu opskrbe toplinom, smanjuje prekomjernu potrošnju goriva i topline.

U zavisnosti od tačke implementacije, postoje:

1. centralna regulacija - vrši se na izvoru toplote (CHP, kotlarnica);

2. grupa – na centralnom grijalištu ili kontrolnom centru,

3. lokalni – za ITP,

4. pojedinačne - direktno na uređaje koji troše toplinu.

Kada je opterećenje homogeno, možete se ograničiti na jednu centralnu regulaciju. Centralna regulacija se vrši prema tipičnom toplotnom opterećenju, tipičnom za većinu pretplatnika u okruženju. Takvo opterećenje može biti ili jedna vrsta opterećenja, na primjer grijanje, ili dvije različite vrste sa određenim kvantitativnim omjerom, na primjer grijanje i opskrba toplom vodom u datom omjeru izračunatih vrijednosti ovih opterećenja.

Razlikuju se priključne sisteme grijanja i instalacija tople vode po principu spregnute i nepovezane regulacije.

Kod nepovezane regulacije, način rada sistema grijanja ne zavisi od izbora vode za dovod tople vode, što se postiže ugradnjom regulatora ispred sistema grijanja. U ovom slučaju, ukupna potrošnja vode za pretplatničku instalaciju jednaka je zbiru potrošnje vode za grijanje i opskrbu toplom vodom. Povećana potrošnja vode u opskrbnom magistralu toplinske mreže dovodi do povećanja kapitalnih i operativnih troškova u toplovodnim mrežama, povećanja kapitalnih i operativnih troškova u toplovodnim mrežama i povećanja potrošnje električne energije za transport rashladne tekućine.

Povezana regulacija omogućava smanjenje ukupne potrošnje vode u toplovodnim mrežama, što se postiže ugradnjom regulatora protoka na ulaz pretplatničke instalacije i održavanjem protoka mrežne vode na ulaznoj konstantnoj. U tom slučaju, s povećanjem zahvata vode za opskrbu toplom vodom, smanjit će se potrošnja mrežne vode za sistem grijanja. Nedostatak goriva u periodu maksimalnog crpljenja vode nadoknađuje se povećanjem potrošnje mrežne vode za sistem grijanja u satima minimalnog zahvata vode.

Povezivanje pretplatničkih instalacija po principu nespregnute regulacije koristi se sa centralnom visokokvalitetnom regulacijom za grejno opterećenje, a po principu spregnute regulacije - sa centralnom regulacijom za kombinovano opterećenje.

Za zatvorene sisteme za snabdevanje toplotom sa dominantnim (više od 65%) stambeno-komunalnim opterećenjem i sa relacijom (15) se koristi centralna kvalitativna regulacija zatvorenih sistema za kombinovano opterećenje grejanja i tople vode. U ovom slučaju, priključak grijača za toplu vodu za najmanje 75% pretplatnika mora se izvršiti prema dvostepenoj sekvencijalnoj shemi.

Temperaturni raspored centralne kontrole kvaliteta za kombinovano opterećenje grijanja i opskrbe toplom vodom (Slika 4) izgrađen je na osnovu temperaturnog rasporeda grijanja i domaćinstva (Prilog).

Prije ulaska u sistem grijanja, voda iz mreže prolazi kroz gornji stepen grijača, gdje njena temperatura pada od do . Potrošnja vode za opskrbu toplom vodom mijenja se RT regulatorom temperature. Povratna voda iz sistema grejanja ulazi u donji grejač, gde se hladi od do . Tokom sati maksimalne potrošnje vode, temperatura vode koja ulazi u sistem grijanja opada, što dovodi do smanjenja prijenosa topline. Ova neravnoteža se nadoknađuje u satima minimalne potrošnje vode, kada u sistem grijanja ulazi voda čija je temperatura viša od potrebne prema planu grijanja.

Određujemo balansno opterećenje opskrbe toplom vodom, Q g b, MW, koristeći formulu.

Povezivanje instalacija prema nepovezanoj upravljačkoj shemi osigurava neovisnost rada obje instalacije, tj. promjena protoka vode za opskrbu toplom vodom u širokom rasponu od nule (noću) do maksimuma praktično nema utjecaja na rad uređaja. sistem grijanja.

Da biste to učinili, protok vode u dovodnom vodu mora biti jednak ukupnom protoku vode za grijanje - ventilaciju i opskrbu toplom vodom. Štaviše, potrošnju vode za PTV treba uzeti prema maksimalnom opterećenju tople vode i minimalnoj temperaturi vode u dovodnom vodu, odnosno u režimu kada je opterećenje PTV-a potpuno pokriveno sa dovodnog voda (ako potrošač to čini nemaju instalirane rezervoare za skladištenje).

Potrošnja vode za grijanje, ventilaciju, opskrbu toplom vodom i ukupna potrošnja vode za svakog pretplatnika mreže ne ovisi o konfiguraciji mreže. Izračunati protok od strane pretplatnika postavlja se pomoću membrane prigušnice, čiji je prečnik rupe određen formulom (klauzula 4.17 SP 41-101-95)

gdje je G procijenjeni protok vode u cjevovodu, jednak Gtotal t/sat

DN - pritisak prigušen membranom, m

Minimalna veličina otvora otvora je 3 mm

Automatizacija sistema šminkanja

Automatizirani uređaji za dopunu održavaju konstantan ili promjenjiv prema određenom zakonu tlak vode na mjestu dopune mreže.

Za toplovodne mreže sa relativno malim gubicima pritiska u mreži i povoljnim profilom terena, pritisak na tački punjenja u svim režimima (uključujući režim kada su mrežne pumpe zaustavljene) se održava konstantnim. Planirano je održavanje konstantnog tlaka u povratnom razvodniku ispred mrežnih pumpi korištenjem nizvodnog regulatora tlaka (regulatora nadopune) koji je instaliran na cjevovodu za dopunsku vodu.

U slučaju kada statički pritisak toplovodne mreže premašuje pritisak u povratnom razvodniku kotlarnice pri radu mrežnih pumpi, podešavanje na statički pritisak se vrši ručno. Pritisak vode se meri u potisnim cevima napojnih pumpi sa lokalnim pokaznim i signalnim manometrima, koji daju impuls za uključivanje rezervne pumpe, a u povratnom razvodniku - sa pokazivačima, snimanjem i signalizacijom manometara na lokalnoj centrali. Na lokalnoj centrali predviđena je i ugradnja sekundarnog uređaja za indikaciju, snimanje i signalizaciju mjerača protoka za mjerenje protoka dopunske vode i sekundarnog uređaja za snimanje i signalizaciju mjerača kisika za mjerenje sadržaja kiseonika u fabrici. -gore vode. Otporni termometar na liniji za dopunu povezan je na zajednički uređaj za snimanje, koji istovremeno bilježi temperaturu dovodne vode.

U otvorenim toplovodnim mrežama, pri ugradnji centralnih akumulacionih rezervoara, pritisak u povratnom cevovodu se automatski reguliše pomoću dva regulaciona ventila, od kojih je prvi instaliran na obilaznom cevovodu viška vode iz mreže do akumulacionih rezervoara, a drugi na cevovodu. iz rezervoara za skladištenje nakon transfer pumpi. U satima kada je opterećenje za opskrbu toplom vodom ispod dnevnog prosjeka, pretočne pumpe se isključuju, a tlak u povratnom cjevovodu se reguliše prvim ventilom. U satima kada je opterećenje tople vode veće od dnevnog prosjeka, pumpe za prijenos se automatski uključuju, prvi kontrolni ventil se zatvara, a regulator tlaka se prebacuje na kontrolni ventil instaliran nakon prijenosnih pumpi.

Kako bi se osigurao konstantan protok vode za dopunu u otvorenoj toplinskoj mreži, na tlačnom cjevovodu pumpi za dopunu ugrađuje se regulator protoka.

Nivo vode u rezervoaru za dopunu odzračivača održava se pomoću kontrolnog ventila na hemijski pročišćenoj vodi. Ako se umjesto vakuumskog deaeratora koji radi na klizeći tlak, koristi atmosferski, tada se ugrađuje dodatni regulator koji održava konstantan tlak u koloni deaeratora. Shema predviđa hitno zaustavljanje rada: pumpe za dopunu i prijenos i automatsko uključivanje rezervnih, kao i signaliziranje tlaka u povratnom cjevovodu nivoa u rezervoaru za odzračivanje dopune i vode u mreži rezervoari za skladištenje i sadržaj kiseonika u dopunskoj vodi.

Osnova za izgradnju povezanih regulacionih sistema je princip autonomije. U odnosu na objekat sa dva ulaza i izlaza, koncept autonomije podrazumeva međusobnu nezavisnost izlaznih koordinata y 1 I y 2 kada rade dva zatvorena upravljačka sistema.

U suštini, uslov autonomije se sastoji od dva uslova invarijantnosti: invarijantnosti prvog izlaza y 1 u odnosu na signal drugog regulatora X p2 i invarijantnost drugog izlaza y2. u odnosu na signal prvog regulatora X p1:

U ovom slučaju signal X p1 može se smatrati smetnjom za y2, i signal X p2 - kako zgražanje za y 1. Tada unakrsni kanali igraju ulogu kanala smetnji (slika 1.35). Za kompenzaciju ovih smetnji u upravljački sistem se uvode dinamički uređaji sa prijenosnim funkcijama R 12 (p) I R 21 (r), signali iz kojih se šalju na odgovarajuće upravljačke kanale ili na ulaze regulatora.

Po analogiji sa invarijantnim ASR, prenosne funkcije kompenzatora R 12 (p) I R 21 (r), određena iz uvjeta autonomije, ovisit će o prijenosnim funkcijama direktnog i poprečnog kanala objekta i, u skladu s izrazima (1.20) i (1.20,a), bit će jednaka:

Kao i kod invarijantnih ASR-a, za konstrukciju autonomnih upravljačkih sistema važnu ulogu igraju fizička izvodljivost i tehnička implementacija približnu autonomiju.

Uslov približne autonomije je zapisan za stvarne kompenzatore, uzimajući u obzir radne frekvencije odgovarajućih regulatora:

U hemijskoj tehnologiji, jedan od najsloženijih višestruko povezanih objekata je proces rektifikacije. Čak iu najjednostavnijim slučajevima - pri odvajanju binarnih mješavina - nekoliko međusobno povezanih koordinata može se identificirati u destilacijskoj koloni (slika 1.36). Na primjer, za regulaciju procesa u donjem dijelu kolone potrebno je stabilizirati najmanje dva tehnološka parametra koji karakteriziraju ravnotežu materijala u tečnoj fazi i u jednoj od komponenti. U tu svrhu obično se biraju nivo tečnosti u aparatu i temperatura ispod prve ploče, a kao kontrolni ulazni signali koriste se protok grejne pare i izbor tihog proizvoda. Međutim, svaki od regulatornih uticaja utiče na oba izlaza: kada se promeni brzina grejne pare, menja se intenzitet isparavanja donjeg proizvoda, a kao rezultat toga, nivo tečnosti i sastav pare se menja. Slično, promjena u izboru proizvoda na dnu utječe ne samo na nivo u dnu, već i na omjer refluksa, što dovodi do promjene u sastavu pare na dnu kolone.

Rice. 1.35. Blok dijagrami autonomnih automatizovanih sistema upravljanja: A– kompenzacija uticaja drugog regulatora u prvoj regulacionoj petlji; b– kompenzacija uticaja prvog regulatora u drugoj regulacionoj petlji; c – autonomni dvokoordinatni sistem upravljanja

Rice. 1.36. Primjer kontrolnog sistema za objekt sa nekoliko ulaza i izlaza:

1 - kolona za destilaciju; 2 – bojler; 3 – refluks kondenzator; 4 – refluks rezervoar; 5 - Regulator temperature; 6,9 – regulatori nivoa; 7 – regulator protoka; 8 – regulator pritiska

Za regulaciju procesa u gornjem dijelu možete odabrati tlak i temperaturu pare kao izlazne koordinate, te dovod rashladnog sredstva u refluks kondenzator i refluks za refluks kolone kao regulacijske ulazne parametre. Očigledno, obje ulazne koordinate utiču na pritisak i temperaturu u koloni tokom procesa termičkog i prenosa mase.

Konačno, s obzirom na sistem kontrole temperature istovremeno u gornjem i donjem dijelu stuba dovođenjem refluksa i grijaće pare, respektivno, dobijamo i sistem nepovezane kontrole objekta sa unutrašnjim poprečnim vezama.

Pri analizi složenih sistema automatskog upravljanja od posebnog značaja postaju njihovi strukturni dijagrami, koji pokazuju tačke primene uticaja i moguće puteve širenja signala koji interaguju između elemenata sistema.

Strukturni dijagrami se sastoje od sljedećih strukturnih elemenata:

dinamički, koji obavljaju neku funkcionalnu ili operatersku vezu između svojih ulaznih i izlaznih signala;

transformativni, koji služi za transformaciju prirode ili strukture signala;

poređenja u kojima se signali oduzimaju ili dodaju;

tačke grananja, na kojima se put širenja signala grana na nekoliko putanja koje vode do različitih tačaka u sistemu;

veze ili linije blok dijagrama koji pokazuju smjerove širenja signala;

tačke primene uticaja;

logički, izvođenje logičkih operacija.

Gore smo naveli da svaki sistem automatskog upravljanja, po samom principu svog rada, uvijek

ima najmanje jednu povratnu informaciju koja služi za upoređivanje stvarne i tražene vrijednosti kontrolirane varijable. Dogovorili smo se da ovu vrstu povratnih informacija nazovemo glavnom.

Treba, međutim, napomenuti da savremeni sistemi automatskog upravljanja, pored glavnih petlji povratne sprege, čiji je broj jednak broju kontrolisanih veličina, često imaju još nekoliko pomoćnih ili lokalnih petlji povratne sprege. Automatski upravljački sistemi s jednom kontroliranom varijablom, koji imaju samo jednu glavnu povratnu vezu i bez lokalne povratne informacije, nazivaju se jednokružnim. U sistemima sa jednom petljom, sila primijenjena na bilo koju tačku može zaobići sistem i vratiti se u prvobitnu tačku, prateći samo jednu zaobilaznu putanju (vidi sliku II.8). Automatski upravljački sistemi koji, pored jedne glavne povratne sprege, imaju jednu ili više glavnih ili lokalnih povratnih informacija nazivaju se višestruki. Sisteme sa više kola karakteriše činjenica da u njima udar primenjen na bilo koju tačku može zaobići sistem i vratiti se na prvobitnu tačku, prateći nekoliko različitih putanja zaobilaženja.

Kao primjer višekružnog (dvostrukog) automatskog upravljačkog sistema sa jednom kontrolisanom varijablom možemo navesti servo sistem u kojem, pored glavne povratne sprege, služi za generiranje signala greške i izvodi se pomoću selsyn senzor i selsyn prijemnik, postoji i lokalna povratna informacija; potonje se provodi pomoću tahogeneratora i na njega spojenog RC kruga, čiji se napon na izlazu oduzima od signala greške.

Primjer višestrukog automatskog upravljačkog sistema sa nekoliko kontrolisanih varijabli je sistem upravljanja motorom aviona, u kojem kontrolisane varijable mogu biti brzina motora, pritisak pojačanja, vrijeme paljenja, temperatura ulja, temperatura rashladne tekućine i druge vrijednosti.

Razlozi za uvođenje lokalne povratne informacije u sistem automatskog upravljanja su veoma različiti. Na primjer, koriste se u korektivnim elementima za pretvaranje signala u skladu sa potrebnim zakonom upravljanja, u elementima za pojačavanje - za linearizaciju, snižavanje nivoa šuma, snižavanje izlaznog otpora, u elementima za aktiviranje - za povećanje snage.

Povratne informacije koje pokrivaju nekoliko serijski povezanih elemenata sistema mogu se uvesti kako bi im se dala potrebna dinamička svojstva.

Višedimenzionalni sistemi automatskog upravljanja, odnosno sistemi sa više kontrolisanih veličina, dijele se na

u sisteme nepovezane i povezane regulacije.

Nepovezani kontrolni sistemi su oni u kojima regulatori dizajnirani da regulišu različite veličine nisu međusobno povezani i mogu djelovati samo kroz zajednički objekt regulacije. Sistemi nepovezane regulacije, pak, mogu se podijeliti na zavisne i nezavisne.

Zavisne sisteme nepovezane regulacije karakteriše činjenica da u njima promena jedne od kontrolisanih veličina zavisi od promene drugih. Kao rezultat toga, u takvim sistemima procesi regulacije različitih kontrolisanih veličina ne mogu se posmatrati nezavisno, izolovano jedan od drugog.

Primer zavisnog sistema nepovezanog upravljanja je avion sa autopilotom koji ima nezavisne kanale upravljanja kormilom. Pretpostavimo, na primjer, da avion skrene sa predviđenog kursa. To će, zahvaljujući prisutnosti autopilota, uzrokovati otklon kormila. Pri povratku na zadati kurs, ugaone brzine obe noseće površine aviona, a samim tim i sile dizanja koje deluju na njih, postaće nejednake, što će dovesti do kotrljanja aviona. Autopilot će tada skrenuti krilce. Kao rezultat otklona kormila i elerona, otpor aviona će se povećati. Stoga će početi gubiti visinu, a njegova uzdužna os će odstupiti od horizontale. U tom slučaju, autopilot će skrenuti dizalo.

Dakle, u razmatranom primeru, procesi regulacije tri kontrolisane veličine - kursa, bočnog kotrljanja i uzdužnog kotrljanja - strogo govoreći, ne mogu se smatrati nezavisnim jedan od drugog, uprkos prisustvu nezavisnih upravljačkih kanala.

Nezavisan sistem nepovezane regulacije karakteriše činjenica da u njemu promena svake od kontrolisanih veličina ne zavisi od promene drugih, zbog čega se procesi regulacije različitih veličina mogu posmatrati izolovano jedan od drugog. . Kao primjer nezavisnih nespregnutih upravljačkih sistema, često se može uzeti u obzir sistem kontrole brzine hidraulične turbine i sistem kontrole napona sinhronog generatora koji rotira. Procesi regulacije u ovim sistemima su nezavisni, zbog činjenice da se proces regulacije napona obično odvija višestruko brže od procesa regulacije brzine.

Spregnuti upravljački sistemi su oni sistemi u kojima regulatori različitih kontrolisanih veličina imaju međusobne veze međusobno, u interakciji između njih izvan objekta regulacije.

Sistem spregnute regulacije naziva se autonomnim ako postoje veze između njegovih sastavnih regulatora

su takve da promjena jedne od reguliranih količina tokom procesa regulacije ne uzrokuje promjene u preostalim reguliranim količinama.