Automatismes monocircuits et multicircuits, couplés et non connectés, commande directe et indirecte. Régulation en cascade Régulation liée et non liée

Le schéma fonctionnel du système de contrôle déconnecté pour un objet bidimensionnel a la forme :

Erreur de contrôle

Action de contrôle

Quantités contrôlées mesurées

Sorties non mesurées sur les voies principales avec fonction de transfert et

Régulateurs avec fonctions de transfert et

À l'aide des fonctions de transfert discret des contrôleurs des canaux principaux et croisés, nous décrivons le système de contrôle déconnecté :

Transformons le système (2.0) par substitution, en obtenant une équation pour la connexion entre les sorties du système et ses entrées

(2.2)

Dans la première équation, on substitue le côté droit de la deuxième équation :

(2.3)

De même, en remplaçant le côté droit de la première équation par la deuxième équation, on peut obtenir la dépendance de la sortie par rapport à et .

D'après l'équation (2.3), il est clair que chaque variable contrôlée dépend à la fois de la première entrée du système et de la deuxième entrée du système. Montrons que la stabilité du système découplé diminue dans ce cas. Pour ce faire, nous supposons que les fonctions de transfert de l'objet le long des canaux principal et transversal sont égales entre elles et que les fonctions de transfert des régulateurs sont égales entre elles.

Alors l’équation (2.3) prendra la forme :

(2.4)

S'il n'y a pas de connexions croisées dans l'objet, la valeur de sortie dépend uniquement de la tâche conformément à l'expression suivante :

Conformément au critère de Nyquist, pour qu'un système en boucle fermée soit stable (si un système en boucle ouverte est stable), il faut que l'hodographe AFC du système en boucle ouverte ne couvre pas le point avec des coordonnées. Partant de là, dans un système de contrôle déconnecté, s'il est pris égal à zéro, ce critère sera le même, la seule différence étant que les coordonnées du point critique seront . Ainsi, dans un système de régulation incohérent, la zone de régulation stable est réduite, ce qui réduit la stabilité du système et détériore la qualité du processus de transition. Si, lors du calcul des réglages optimaux du contrôleur dans un système de contrôle non couplé, les couplages croisés internes ne sont pas pris en compte, le système peut alors être instable. Pour maintenir la stabilité d'un système de contrôle déconnecté en présence de connexions internes, il est nécessaire de réduire le gain par rapport aux facteurs de gain des régulateurs en l'absence de connexions croisées à tel point que l'hodographe AFC du système en boucle ouverte le fait ne couvre pas le point avec des coordonnées.

Évidemment, cela peut être réalisé en augmentant considérablement le gain du contrôleur, c'est-à-dire rapidité du régulateur, ce qui dégrade fortement la qualité de la régulation. Par conséquent, avec des liens internes forts, la possibilité d’obtenir une réglementation de haute qualité ne devrait pas être recherchée en ajustant les structures et les paramètres de régulateurs indépendants, mais en « déliant » les liens internes via des canaux transversaux. Ceux. il est nécessaire de changer la structure du système lui-même. Il existe deux manières d’affaiblir ou de « dénouer » complètement les liaisons croisées :

1. choisir des paramètres non liés ou faiblement liés comme grandeurs contrôlées ;

2. création d'un système de régulation liée, en introduisant des liens de compensation externes supplémentaires entre les régulateurs dans l'ASR

Le système de régulation découplée est plus simple, plus fiable et moins coûteux que les systèmes de régulation cohérente. Ils sont réalisables même dans les cas où les systèmes de contrôle des communications sont techniquement irréalisables. Cependant, ils sont sensibles à des influences perturbatrices et se propagent par les canaux principaux et transversaux, ce qui peut entraîner une détérioration de la qualité de la régulation et, dans le meilleur des cas, une perte de stabilité. Les avantages des systèmes de contrôle incohérents obligent à rechercher des moyens d'étendre le champ de leur application à des objets avec des grandeurs contrôlées interconnectées tout en conservant une qualité de régulation satisfaisante. Le degré de connexion entre deux grandeurs contrôlées peut être déterminé à l'aide des fonctions de transfert de l'objet le long des canaux principal et transversal. Le degré de communication le long du premier canal principal est égal au rapport de sa fonction de transfert sur la fonction de transfert du deuxième canal principal : . Le degré de communication le long du deuxième canal transversal est égal au rapport de la fonction de transfert de ce canal sur la fonction de transfert du premier canal principal : . Degré général de connexion entre les variables de contrôle : . En fonction de l'ampleur du degré global de connexion, l'une des options de contrôle suivantes peut être recommandée :

Avec cette connexion des régulateurs, les canaux deviendront les principaux et le degré global de connexion se caractérisera par une nouvelle valeur. S'il s'avère que le degré global de couplage des valeurs est inférieur à 1, alors un système de contrôle non couplé peut être appliqué ;

3. avec le rapport , le degré de connexion est important, ce qui peut réduire considérablement la stabilité d'un système de contrôle déconnecté ; dans ce cas, il est nécessaire d'éliminer ou d'affaiblir considérablement les connexions internes du système de contrôle automatisé ;

4. Le « découplage » de la régulation des grandeurs en présence de connexions croisées est possible si la régulation de grandeurs avec des caractéristiques dynamiques différentes est effectuée, ce qui réduit leur interconnexion tout au long du processus, par exemple, les régulateurs de pression fonctionnent généralement à des fréquences plus élevées, alors que régulateurs de température, ce qui détermine leur faible influence mutuelle les uns sur les autres.

Les approches pour mettre en place un système de contrôle déconnecté peuvent être les suivantes :

1. installation dans des systèmes à circuit unique ;

2. optimisation simultanée des régulateurs dans un système de contrôle déconnecté, en tenant compte de l'influence des canaux principaux et de transition.

La première approche utilise des modèles des principaux canaux et des régulateurs correspondants. À partir d'eux, des systèmes de contrôle à circuit unique sont compilés, dans lesquels les régulateurs correspondants sont ajustés à l'aide de l'une des méthodes numériques. L’avantage de cette approche de mise en place des régulateurs est sa simplicité et sa rapidité.

Du système d'équations pour la relation entre les sorties de l'objet ( et ) et les entrées du système ( et ) (2.3), (2.4), il s'ensuit que la quantité contrôlée ne dépend pas seulement des propriétés dynamiques du canal principal et du contrôleur, mais aussi sur les propriétés dynamiques du deuxième canal principal, des canaux croisés et du deuxième régulateur. Le paramètre est similaire. Par conséquent, la partie contrôle du système doit être configurée en tenant compte des propriétés dynamiques non seulement du canal principal correspondant, mais également en tenant compte de l'influence de la dynamique des canaux croisés. Par conséquent, l’inconvénient de cette approche du réglage des régulateurs est la non-optimalité des paramètres de réglage qui en résultent.

Considérons la deuxième approche. Le calcul du processus transitoire dans un système de contrôle déconnecté est effectué à l'aide du système d'équations aux différences finies suivant :

, où sont les coefficients de pondération pour lesquels les conditions suivantes sont remplies :

Indicateurs de qualité pour les résultats du système correspondant, utilisés comme critères d'optimisation. Le poids le plus important est attribué à l'indicateur de qualité du produit dont la régulation est la plus importante.

Lors de l'utilisation de la convolution, le problème d'optimisation se forme comme suit : . Lorsque vous utilisez la méthode du gradient comme méthode d'optimisation numérique, l'algorithme d'optimisation (diagramme d'algorithme) sera le même que pour un système à boucle unique. La différence sera que lors du calcul du processus de transition, le système d'équations (3.0) et de conditions initiales (3.1) sera utilisé. Lors du calcul des dérivées partielles du critère à l'aide de paramètres optimaux, l'une des deux approches évoquées ci-dessus peut être utilisée (avec et sans utilisation de dépendances récurrentes quasi-analytiques). Lors de l'utilisation d'équations aux différences finies, il est nécessaire de prendre les dérivées partielles de toutes les équations du système (3.0) pour tous les réglages des deux contrôleurs. Les conditions initiales de calcul des valeurs numériques du système résultant d'équations aux différences finies doivent être définies de la même manière que les conditions initiales (3.1).

Actuellement, il existe toute une variété de systèmes de contrôle automatique (ACS) ou, comme on les appelle également, de systèmes de contrôle automatique (ACS). Dans cet article, nous examinerons certaines méthodes de régulation et types de systèmes de contrôle automatique.

Régulation directe et indirecte

Comme on le sait, tout système de contrôle automatique se compose d'un régulateur et d'un objet de régulation. Le régulateur possède un élément sensible qui surveille les changements de la variable contrôlée en fonction de la valeur du signal de commande spécifié. À son tour, l'élément sensible influence l'organisme de réglementation, qui à son tour modifie les paramètres du système afin que les valeurs des quantités réglées et contrôlées deviennent les mêmes. Dans les régulateurs les plus simples, l'effet de l'élément sensible sur l'organe régulateur se produit directement, c'est-à-dire qu'ils sont directement connectés. En conséquence, ces ACS sont appelés systèmes de contrôle direct, et les régulateurs sont appelés régulateurs à action directe, comme indiqué ci-dessous :

Dans un tel système, l’énergie nécessaire au déplacement de la vanne qui régule le débit d’eau dans la piscine provient directement du flotteur, qui sera ici l’élément sensible.

Dans un système de contrôle indirect, pour organiser le mouvement du corps de contrôle, on utilise des dispositifs auxiliaires qui utilisent des sources d'énergie supplémentaires pour leur fonctionnement. Dans un tel système, l'élément sensible agira sur la commande du dispositif auxiliaire, qui à son tour déplacera l'élément de commande vers la position souhaitée, comme indiqué ci-dessous :

Ici, le flotteur (organe sensible) agit sur le contact du bobinage d'excitation du moteur électrique, qui fait tourner la vanne dans le sens souhaité. De tels systèmes sont utilisés lorsque la puissance de l'élément de détection n'est pas suffisante pour contrôler le mécanisme de fonctionnement ou qu'il est nécessaire d'avoir une sensibilité très élevée de l'élément de mesure.

Canons automoteurs à circuit unique et multicircuit

Les systèmes de contrôle automatique modernes disposent très souvent, presque toujours, de dispositifs de correction parallèles ou de rétroactions locales, comme indiqué ci-dessous :

Les ACS dans lesquels une seule valeur est soumise à régulation et qui n'ont qu'un seul retour principal (une boucle de contrôle) sont appelés à circuit unique. Dans de tels canons automoteurs, un impact appliqué à un point du système peut contourner l'ensemble du système et revenir au point d'origine après avoir emprunté un seul chemin de contournement :

Et les canons automoteurs, dans lesquels, en plus du circuit principal, se trouvent également des connexions de rétroaction locales ou principales, sont appelés multi-circuits. Contrairement aux systèmes à circuit unique, dans les systèmes à circuits multiples, un impact appliqué à un point du système peut contourner le système et revenir au point d'application de l'impact le long de plusieurs circuits du système.

Systèmes de contrôle automatique couplés et découplés

Les systèmes dans lesquels plusieurs grandeurs sont soumises à régulation (systèmes de contrôle automatique multidimensionnels) peuvent être divisés en connectés et non liés.

Systèmes de régulation découplés

Les systèmes dans lesquels des régulateurs conçus pour réguler différentes quantités qui ne sont pas liées les unes aux autres et peuvent interagir via un objet de contrôle commun sont appelés systèmes de contrôle non liés. Les systèmes de régulation indépendants sont divisés en indépendants et dépendants.

Dans les variables dépendantes, une modification de l'une des grandeurs à contrôler entraîne une modification des grandeurs restantes à contrôler. Par conséquent, dans de tels dispositifs, les différents paramètres de contrôle ne peuvent être considérés séparément les uns des autres.

Un exemple d’un tel système serait un avion équipé d’un pilote automatique, doté d’un canal de commande de direction séparé. Si l'avion s'écarte de sa trajectoire, le pilote automatique fera dévier le gouvernail. Le pilote automatique déviera les ailerons, et la déviation de l'aileron et du gouvernail augmentera la traînée de l'avion, provoquant une déviation de la gouverne de profondeur. Ainsi, il est impossible de considérer séparément les processus de contrôle de cap, de tangage et de roulis latéral, même si chacun d'eux dispose de son propre canal de contrôle.

Dans les systèmes indépendants de régulation indépendante, l’inverse est vrai ; chacune des quantités soumises à régulation ne dépendra pas des changements de toutes les autres. Ces processus de gestion peuvent être considérés séparément les uns des autres.

Un exemple est un système de contrôle automatique de la vitesse angulaire d'une turbine hydraulique, dans lequel la tension de l'enroulement du générateur et la vitesse de la turbine sont régulées indépendamment l'une de l'autre.

Systèmes de régulation liés

Dans de tels systèmes, les régulateurs de différentes quantités ont des connexions entre eux qui interagissent en dehors de l'objet de régulation.

Par exemple, considérons le pilote automatique électrique EAP, dont un schéma simplifié est présenté ci-dessous :

Son objectif est de maintenir le tangage, le cap et le roulis de l'avion à un niveau donné. Dans cet exemple, nous considérerons les fonctions du pilote automatique liées uniquement au maintien d'un cap, d'un tangage et d'un roulis donnés.

Le semi-boussole hydraulique 12 sert d'élément sensible qui surveille l'écart de l'avion par rapport au cap. Sa partie principale est un gyroscope dont l'axe est dirigé selon une trajectoire donnée. Lorsque l'avion commence à s'écarter de la trajectoire, l'axe du gyroscope commence à influencer les curseurs des capteurs rhéostatiques de trajectoire 7 et de rotation 10 reliés par le levier 11, tout en maintenant sa position dans l'espace. Le corps de l'avion, ainsi que les capteurs 7 et 10, se déplacent à leur tour par rapport à l'axe de l'horoscope, en conséquence, une différence apparaît entre la position du gyroscope et le corps de l'avion, qui est détectée par les capteurs 7 et 10 ;

L'élément qui percevra la déviation de l'avion par rapport à la trajectoire spécifiée dans l'espace (plan horizontal ou vertical) sera le gyrvertical 14. Sa partie principale est la même que dans le cas précédent - le gyroscope dont l'axe est perpendiculaire à le plan horizontal. Si le plan commence à s'écarter de l'horizon, le curseur du capteur de tangage 13 commencera à se déplacer dans l'axe longitudinal, et lorsqu'il s'écartera dans le plan horizontal, les capteurs de roulis 15 à 17 commenceront à se déplacer.

Les organes qui contrôlent l'avion sont les gouvernes de direction 1, la hauteur 18 et les ailerons 19, et les éléments performants qui contrôlent la position des gouvernes sont les gouvernes de cap, de tangage et de roulis. Le principe de fonctionnement des trois canaux du pilote automatique est totalement similaire. Le boîtier de direction de chaque volant est relié à un capteur potentiométrique. Capteur potentiométrique principal (voir schéma ci-dessous) :

Se connecte au capteur de rétroaction correspondant via un circuit en pont. La diagonale du pont est connectée à l'amplificateur 6. Lorsque l'avion s'écarte de la trajectoire de vol, le curseur du capteur principal se déplace et un signal apparaît dans la diagonale du pont. Suite à l'apparition du signal, le relais électromagnétique sera activé à la sortie de l'amplificateur 6, ce qui entraînera la fermeture du circuit de couplage électromagnétique 4. Le tambour 3 de la machine, dans le circuit duquel le le relais s'est activé, s'engagera avec l'arbre du moteur électrique à rotation continue 5. Le tambour commencera à tourner et ainsi enrouler ou dérouler (selon le sens de rotation) les câbles qui font tourner le gouvernail correspondant de l'avion, et en même temps le temps déplacera la brosse du potentiomètre de rétroaction (OS) 2. Lorsque la valeur de déplacement du potentiomètre de rétroaction (OS) 2 deviendra égale à la valeur de déplacement de la brosse du capteur potentiométrique, le signal dans la diagonale de ce pont deviendra égal à zéro et la direction du mouvement s'arrêtera. Dans ce cas, le gouvernail de direction de l'avion tournera jusqu'à la position nécessaire pour déplacer l'avion vers la trajectoire spécifiée. Une fois le décalage éliminé, la brosse du capteur principal reviendra en position médiane.

Les étages de sortie du pilote automatique sont identiques, commençant par les amplificateurs 6 et se terminant par les appareils à gouverner. Mais les entrées sont un peu différentes. Le curseur du capteur de cap n'est pas relié rigidement au gyroscope, mais à l'aide d'un amortisseur 9 et d'un ressort 8. De ce fait, on obtient non seulement un mouvement proportionnel au déplacement du cap, mais aussi un supplémentaire , proportionnel à la dérivée première de l'écart par rapport au temps. De plus, dans tous les canaux, en plus des capteurs principaux, des capteurs supplémentaires sont fournis qui mettent en œuvre un contrôle connecté le long des trois axes, c'est-à-dire qu'ils coordonnent les actions des trois gouvernails. Cette connexion permet l'addition algébrique des signaux des capteurs principal et supplémentaire à l'entrée de l'amplificateur 6.

Si l'on considère le canal de contrôle de cap, les capteurs auxiliaires seront des capteurs de roulis et de virage, qui sont contrôlés manuellement par le pilote. Dans le canal de rouleau se trouvent des capteurs de rotation et de rotation supplémentaires.

L'influence des canaux de commande les uns sur les autres conduit au fait que lorsque l'avion se déplace, une modification de son roulis entraînera une modification du tangage et vice versa.

Il faut se rappeler qu'un système de contrôle automatique est dit autonome s'il a de telles connexions entre ses régulateurs que lorsque l'une des valeurs change, le reste restera inchangé, c'est-à-dire qu'un changement d'une valeur ne change pas automatiquement le reste. .

La régulation est une modification artificielle des paramètres et du débit de liquide de refroidissement en fonction des besoins réels des abonnés. La régulation améliore la qualité de l'approvisionnement en chaleur, réduit la consommation excessive de combustible et de chaleur.

Selon le point de mise en œuvre, on distingue :

1. régulation centrale - réalisée au niveau de la source de chaleur (CHP, chaufferie) ;

2. groupe – au point de chauffage central ou au centre de contrôle,

3. local – pour ITP,

4. individuel - directement sur les appareils consommateurs de chaleur.

Lorsque la charge est homogène, vous pouvez vous limiter à une seule régulation centrale. La régulation centrale est réalisée en fonction de la charge thermique typique, typique de la majorité des abonnés de la zone. Une telle charge peut être soit un type de charge, par exemple le chauffage, soit deux types différents avec un certain rapport quantitatif, par exemple le chauffage et l'alimentation en eau chaude à un rapport donné des valeurs calculées de ces charges.

On distingue le raccordement des systèmes de chauffage et des installations de production d'eau chaude selon le principe de régulation couplée et non connectée.

Avec une régulation indépendante, le mode de fonctionnement du système de chauffage ne dépend pas du choix de l'eau pour l'alimentation en eau chaude, qui est obtenue en installant le régulateur devant le système de chauffage. Dans ce cas, la consommation totale d'eau de l'installation de l'abonné est égale à la somme de la consommation d'eau pour le chauffage et la fourniture d'eau chaude. L'augmentation de la consommation d'eau dans le réseau d'alimentation du réseau de chaleur entraîne une augmentation des coûts d'investissement et d'exploitation dans les réseaux de chaleur, une augmentation des coûts d'investissement et d'exploitation dans les réseaux de chaleur et une augmentation de la consommation d'électricité pour le transport du liquide de refroidissement.

La régulation associée permet de réduire la consommation totale d'eau dans les réseaux de chaleur, ce qui est obtenu en installant un régulateur de débit à l'entrée de l'installation de l'abonné et en maintenant constant le débit d'eau du réseau à l'entrée. Dans ce cas, avec une augmentation des prélèvements d'eau pour l'approvisionnement en eau chaude, la consommation d'eau du réseau pour le système de chauffage diminuera. Le manque de combustible pendant la période de prélèvement d'eau maximum est compensé par une augmentation de la consommation d'eau du réseau pour le système de chauffage pendant les heures de prélèvement d'eau minimum.

Le raccordement des installations d'abonnés selon le principe de régulation découplée s'effectue avec une régulation centrale de haute qualité pour la charge de chauffage, et selon le principe de régulation couplée - avec une régulation centrale pour une charge combinée.

Pour les systèmes fermés de fourniture de chaleur avec une charge résidentielle et collective prédominante (plus de 65 %) et avec la relation (15), une régulation qualitative centrale des systèmes fermés est utilisée pour la charge combinée de chauffage et de fourniture d'eau chaude. Dans ce cas, le raccordement des chauffe-eau pour au moins 75 % des abonnés doit être effectué selon un schéma séquentiel en deux étapes.

Le programme de température du contrôle de qualité central pour la charge combinée de chauffage et d'alimentation en eau chaude (Figure 4) est construit sur la base du programme de température de chauffage et de maison (Annexe).

Avant d'entrer dans le système de chauffage, l'eau du réseau passe par l'étage supérieur de chauffage, où sa température descend de à . La consommation d'eau pour l'alimentation en eau chaude est modifiée par le régulateur de température RT. L'eau de retour du système de chauffage entre dans le réchauffeur de l'étage inférieur, où elle refroidit de à . Pendant les heures de consommation d'eau maximale, la température de l'eau entrant dans le système de chauffage diminue, ce qui entraîne une diminution du transfert de chaleur. Ce déséquilibre est compensé pendant les heures de consommation d'eau minimale, lorsque de l'eau avec une température supérieure à celle requise selon le programme de chauffage entre dans le système de chauffage.

Nous déterminons la charge d'équilibre de l'approvisionnement en eau chaude, Q g b, MW, à l'aide de la formule.

Questions abordées lors de la conférence :

1. Quelles conséquences entraîne l'égalité de la dynamique des connexions directes et croisées dans l'ASR d'une régulation indépendante ?

2. Quelles fréquences de fonctionnement il est souhaitable d'avoir dans les boucles de contrôle découplées.

3. Quel est le coefficient complexe de connectivité.

4. Le principe d'autonomie.

5. Condition d'autonomie approximative.

Les objets avec plusieurs entrées et sorties mutuellement interconnectées sont appelés objets multi-connectés.

La dynamique des objets multi-connectés est décrite par un système d'équations différentielles, et sous forme transformée de Laplace par une matrice de fonctions de transfert.

Il existe deux approches différentes pour automatiser des objets multi-connectés : le contrôle non connecté de coordonnées individuelles à l'aide d'ACP à boucle unique ; régulation couplée utilisant des systèmes multi-boucles dans lesquels les connexions croisées internes de l'objet sont compensées par des connexions dynamiques externes entre les boucles de contrôle individuelles.

Figure 1 - Schéma fonctionnel d'une régulation indépendante

En cas de couplages croisés faibles, le calcul des régulateurs découplés est effectué comme pour un ACS monocircuit classique, en tenant compte des principales voies de commande.

Si les réticulations sont suffisamment fortes, alors la marge de stabilité du système peut être inférieure à celle calculée, ce qui entraîne une diminution de la qualité de la régulation voire une perte de stabilité.

Pour prendre en compte toutes les connexions entre l'objet et le contrôleur, vous pouvez trouver une expression pour l'objet équivalent, qui a la forme :

W 1 e (p) = W 11 (p) + W 12 (p)*R 2 (p)*W 21 (p) / . (1)

Il s'agit d'une expression pour le contrôleur R 1 (p), une expression similaire pour le contrôleur R 2 (p).

Si les fréquences de fonctionnement des deux circuits sont très différentes l'une de l'autre, leur influence mutuelle sera alors insignifiante.

Le plus grand danger se produit lorsque toutes les fonctions de transfert sont égales les unes aux autres.

W 11 (p) = W 22 (p) = W 12 (p) = W 21 (p). (2)

Dans ce cas, le réglage du régulateur P sera deux fois inférieur à celui d'un ACP à circuit unique.

Pour une évaluation qualitative de l'influence mutuelle des boucles de contrôle, un coefficient de connectivité complexe est utilisé.

K St (ίω) = W 12 (ίω)*W 21 (ίω) / W 11 (ίω)*W 22 (ίω). (3)

Il est généralement calculé à fréquence nulle et aux fréquences de fonctionnement des deux régulateurs.

La base de la construction de systèmes de régulation connectés est le principe d’autonomie. Par rapport à un objet à deux entrées et sorties, la notion d'autonomie signifie l'indépendance mutuelle des coordonnées de sortie U 1 et U 2 lors du fonctionnement de deux systèmes de contrôle fermés.

Essentiellement, la condition d'autonomie est constituée de deux conditions d'invariance : l'invariance de la première sortie Y 1 par rapport au signal du deuxième contrôleur X P 2 et l'invariance de la deuxième sortie Y 2 par rapport au signal du premier contrôleur X P 1 :

y 1 (t,x P2) = 0 ; y 2 (t,x P1) = 0 ; "t, x P1 , x P2 . (4)

Dans ce cas, le signal X P 1 peut être considéré comme une perturbation pour Y 2, et le signal X P 2 comme une perturbation pour Y 1. Les canaux transversaux jouent alors le rôle de canaux de perturbation (Figure 1.11.1 et Figure 1.11.2). Pour compenser ces perturbations, des dispositifs dynamiques avec fonctions de transfert R 12 (p) et R 21 (p) sont introduits dans le système de contrôle, dont les signaux sont envoyés aux canaux de contrôle correspondants ou aux entrées du contrôleur.

Par analogie avec l'ACP invariant, les fonctions de transfert des compensateurs R 12 (p) et R 21 (p), déterminées à partir de la condition d'autonomie, dépendront des fonctions de transfert des voies directes et croisées de l'objet et seront égales à :

; , (5)

; . (6)

Tout comme dans les ASR invariants, la faisabilité physique et la mise en œuvre technique d’une autonomie approximative jouent un rôle important dans la construction de systèmes de contrôle autonomes.

La condition d'autonomie approximative est écrite pour des compensateurs réels, en tenant compte des fréquences de fonctionnement des régulateurs correspondants :

à w=0 ; w=w P2 , (7)

à w=0 ; w=w P1 . (8)

(a) – compensation de l'impact du deuxième régulateur dans la première boucle de contrôle

(b) – compensation de l'impact du premier régulateur dans la deuxième boucle de régulation

Figure 2 - Schémas fonctionnels des systèmes de contrôle automatisés autonomes

Figure 3 - Schéma fonctionnel d'un système de contrôle autonome à deux axes

En technologie chimique, l’un des objets multiconnectés les plus complexes est le processus de rectification. Même dans les cas les plus simples - lors de la séparation de mélanges binaires - plusieurs coordonnées interconnectées peuvent être identifiées dans une colonne de distillation. Par exemple, pour réguler le procédé dans la partie basse de la colonne, il est nécessaire de stabiliser au moins deux paramètres technologiques qui caractérisent le bilan matière en phase liquide et dans l'un des composants.

Questions pour la maîtrise de soi :

1. Définition et tâches de l'automatisation.

2. Système de contrôle de processus automatisé moderne et étapes de son développement.

3. Tâches de gestion et de régulation.

4. Moyens techniques de base d'automatisation.

5. Processus technologique comme objet de contrôle, principaux groupes de variables.

6. Analyse du processus technologique comme objet de contrôle.

7. Classification des processus technologiques.

8. Classification des systèmes de contrôle automatique.

9. Fonctions de contrôle des systèmes automatiques.

10. Sélection des quantités contrôlées et influence réglementaire.

11. Analyse de la statique et de la dynamique des canaux de contrôle.

12. Analyse des influences d'entrée, sélection des quantités contrôlées.

13. Détermination du niveau d'automatisation des équipements techniques.

14. Contrôler les objets et leurs principales propriétés.

15. Systèmes de contrôle en boucle ouverte. Avantages, inconvénients, portée, schéma fonctionnel.

16. Systèmes de contrôle fermés. Avantages, inconvénients, portée, schéma fonctionnel et exemple d'utilisation.

17. Systèmes de contrôle combinés. Avantages, inconvénients, portée, schéma fonctionnel et exemple d'utilisation.

18. Théorie de l'invariance des systèmes de contrôle automatique.

19. ACP combiné.

20. Compensateurs typiques.

21. Calcul du compensateur.

22. Quelle est la condition d’invariance approximative.

23. A quelles fréquences le compensateur est-il calculé dans des conditions d'invariance partielle ?

24. Condition de réalisabilité physique de l'ATS invariant.

25. Systèmes de contrôle en cascade.

26. Qu'est-ce qu'un objet équivalent dans un ACS en cascade.

27. Qu'est-ce qui explique l'efficacité des systèmes de contrôle automatisés en cascade.

28. Méthodes de calcul des ASR en cascade.

29. ASR avec impulsion supplémentaire basée sur la dérivée d'un point intermédiaire.

30. Champ d'application de l'ASR avec impulsion supplémentaire sur le dérivé.

31. Calcul de l'ASR avec impulsion supplémentaire basée sur la dérivée.

32. Systèmes de réglementation interconnectés. Systèmes de régulation découplés.

33. Quelles conséquences entraîne l'égalité de la dynamique des connexions directes et croisées dans l'ASR d'une régulation indépendante ?

34. Quelles fréquences de fonctionnement est-il souhaitable d'avoir dans les boucles de contrôle découplées.

35. Quel est le coefficient complexe de connectivité.

36. Systèmes de régulation associés. ACP autonome.

37. Le principe d'autonomie.

38. Condition d'autonomie approximative.

Le contrôle en cascade est un contrôle dans lequel deux boucles de contrôle ou plus sont connectées de sorte que la sortie d'un contrôleur ajuste le point de consigne de l'autre contrôleur.

La figure ci-dessus est un schéma fonctionnel qui illustre le concept de contrôle en cascade. Les blocs du diagramme représentent en fait les composants de deux boucles de contrôle : la boucle maître, composée des éléments de contrôle A, E, F et G, et la boucle esclave, composée des éléments de contrôle A, B C, et D. La sortie du contrôleur de boucle maître est la référence (point de consigne) pour le contrôleur de boucle de contrôle esclave. Le contrôleur du circuit esclave produit un signal de commande pour l'actionneur.

Pour les processus présentant des caractéristiques de retard importantes (capacité ou résistance qui ralentissent les modifications d'une variable), la boucle de contrôle esclave d'un système en cascade peut détecter plus tôt les disparités dans le processus et réduire ainsi le temps nécessaire pour corriger les disparités. On peut dire que la boucle de contrôle esclave « partage » le retard et réduit l'impact de la perturbation sur le procédé.

Dans un système de contrôle en cascade, plusieurs éléments de détection primaires sont utilisés et le contrôleur (dans la boucle de contrôle esclave) reçoit plusieurs signaux d'entrée. Par conséquent, un système de contrôle en cascade est un système de contrôle multi-boucles.

Exemple de système de contrôle en cascade

Dans l'exemple ci-dessus, la boucle de contrôle sera finalement la boucle principale lors de la construction d'un système de contrôle en cascade. Le circuit esclave sera ajouté ultérieurement. Le but de ce procédé est de chauffer l'eau qui traverse l'intérieur de l'échangeur thermique, en circulant autour des canalisations dans lesquelles passe la vapeur. L'une des caractéristiques du procédé est que le corps de l'échangeur thermique a un grand volume et contient beaucoup d'eau. Une grande quantité d’eau a une capacité qui lui permet de retenir une grande quantité de chaleur. Cela signifie que si la température de l'eau entrant dans l'échangeur de chaleur change, ces changements se refléteront avec un long retard à la sortie de l'échangeur de chaleur. La raison du retard est la grande capacité. Une autre caractéristique de ce processus est que les conduites de vapeur résistent au transfert de chaleur de la vapeur à l’intérieur des conduites vers l’eau à l’extérieur des conduites. Cela signifie qu’il y aura un décalage entre les changements de débit de vapeur et les changements correspondants de température de l’eau. La raison de ce retard est la résistance.

L'élément principal de cette boucle de contrôle contrôle la température de l'eau sortant de l'échangeur de chaleur. Si la température de sortie de l'eau a changé, le changement physique correspondant dans l'élément primaire est mesuré par un transducteur, qui convertit la valeur de température en un signal envoyé au contrôleur. Le contrôleur mesure le signal, le compare au point de consigne, calcule la différence, puis produit un signal de sortie qui contrôle la vanne de régulation de la conduite de vapeur, qui est l'élément final de la boucle de régulation (régulateur). La vanne de régulation de vapeur augmente ou diminue le débit de vapeur, permettant à la température de l'eau de revenir au point de consigne. Cependant, en raison des caractéristiques de décalage du processus, le changement de température de l'eau sera lent et il faudra beaucoup de temps avant que la boucle de contrôle puisse lire à quel point la température de l'eau a changé. D’ici là, des changements trop importants dans la température de l’eau pourraient se produire. En conséquence, la boucle de contrôle générera une action de contrôle trop forte, ce qui peut conduire à un écart dans la direction opposée (dépassement), et encore une fois elle « attendra » le résultat. En raison d’une réponse lente comme celle-ci, la température de l’eau peut monter et descendre pendant une longue période avant de revenir au point de consigne.

La réponse transitoire du système de contrôle est améliorée lorsque le système est complété par une deuxième boucle de contrôle en cascade, comme le montre la figure ci-dessus. La boucle ajoutée est une boucle esclave de contrôle en cascade.

Désormais, lorsque le débit de vapeur change, ces changements seront détectés par l'élément de détection de débit (B) et mesurés par l'émetteur (C), qui envoie un signal au contrôleur esclave (D). Dans le même temps, le capteur de température (E) dans la boucle de régulation principale détecte tout changement dans la température de l'eau sortant de l'échangeur thermique. Ces changements sont mesurés par un transducteur de mesure (F), qui envoie un signal au contrôleur maître (G). Ce contrôleur remplit les fonctions de mesure, de comparaison, de calcul et produit un signal de sortie qui est envoyé au contrôleur esclave (D). Ce signal corrige le point de consigne du contrôleur esclave. Le contrôleur esclave compare ensuite le signal qu'il reçoit du capteur de débit (C) avec le nouveau point de consigne, calcule la différence et génère un signal de correction qui est envoyé à la vanne de régulation (A) pour ajuster le débit de vapeur.

Dans un système de contrôle avec ajout d'une boucle de contrôle esclave à la boucle principale, tout changement de débit de vapeur est immédiatement détecté par la boucle supplémentaire. Les ajustements nécessaires sont effectués presque immédiatement, avant que les perturbations du débit de vapeur n'affectent la température de l'eau. S'il y a des changements dans la température de l'eau sortant de l'échangeur de chaleur, l'élément de détection perçoit ces changements et la boucle de contrôle maître ajuste le point de consigne du régulateur dans la boucle de contrôle esclave. En d'autres termes, il fixe un point de consigne ou « polarise » le régulateur dans la boucle de contrôle esclave de manière à ajuster le débit de vapeur pour atteindre la température d'eau souhaitée. Cependant, cette réponse du contrôleur de boucle esclave aux changements de débit de vapeur réduit le temps nécessaire pour compenser les perturbations du débit de vapeur.