Regulacja kaskadowa. Regulacja niepowiązana Regulacja bezpośrednia i pośrednia

Regulacja to sztuczna zmiana parametrów i przepływu chłodziwa zgodnie z rzeczywistymi potrzebami abonentów. Regulacja poprawia jakość dostaw ciepła, ogranicza nadmierne zużycie paliwa i ciepła.

W zależności od miejsca wdrożenia wyróżnia się:

1. regulacja centralna – realizowana na źródle ciepła (CHP, kotłownia);

2. grupowe – w punkcie centralnego ogrzewania lub w centrum sterowania,

3. lokalny – dla ITP,

4. indywidualne - bezpośrednio na urządzeniach pobierających ciepło.

Gdy obciążenie jest jednorodne, można ograniczyć się do jednej centralnej regulacji. Regulacja centralna realizowana jest według typowego obciążenia cieplnego, typowego dla większości abonentów na danym obszarze. Takim obciążeniem może być albo jeden rodzaj obciążenia, na przykład ogrzewanie, albo dwa różne typy o pewnym stosunku ilościowym, na przykład ogrzewanie i dostarczanie ciepłej wody przy danym stosunku obliczonych wartości tych obciążeń.

Rozróżnia się podłączanie systemów grzewczych i instalacji dostarczających ciepłą wodę zgodnie z zasadą regulacji sprzężonej i niepodłączonej.

Przy niepowiązanej regulacji tryb pracy systemu grzewczego nie zależy od doboru wody do zaopatrzenia w ciepłą wodę, co osiąga się poprzez zainstalowanie regulatora przed systemem grzewczym. W tym przypadku całkowite zużycie wody dla instalacji abonenckiej jest równe sumie zużycia wody na ogrzewanie i zaopatrzenie w ciepłą wodę. Zwiększone zużycie wody w magistrali zasilającej sieci ciepłowniczej powoduje wzrost kosztów kapitałowych i eksploatacyjnych w sieciach ciepłowniczych, wzrost kosztów kapitałowych i eksploatacyjnych w sieciach ciepłowniczych oraz wzrost zużycia energii elektrycznej na transport chłodziwa.

Regulacja z nią związana pozwala na zmniejszenie całkowitego zużycia wody w sieciach ciepłowniczych, co osiąga się poprzez zamontowanie regulatora przepływu na wejściu instalacji abonenckiej i utrzymanie stałego przepływu wody sieciowej na wejściu. W takim przypadku wraz ze wzrostem poboru wody do zaopatrzenia w ciepłą wodę zmniejszy się zużycie wody sieciowej dla systemu grzewczego. Brak paliwa w okresie maksymalnego poboru wody rekompensowany jest wzrostem zużycia wody sieciowej na potrzeby instalacji grzewczej w godzinach minimalnego poboru wody.

Łączenie instalacji abonenckich na zasadzie rozdzielonej regulacji stosuje się przy centralnej wysokiej jakości regulacji dla obciążenia grzewczego, a zgodnie z zasadą sprzężonej regulacji - przy centralnej regulacji dla połączonego obciążenia.

W przypadku zamkniętych systemów zaopatrzenia w ciepło z przeważającym (ponad 65%) obciążeniem mieszkaniowym i komunalnym oraz z zależnością (15) stosuje się centralną regulację jakościową systemów zamkniętych dla łącznego obciążenia ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę. W takim przypadku podłączenie podgrzewaczy ciepłej wody dla co najmniej 75% abonentów musi zostać wykonane zgodnie ze schematem dwustopniowym.

Harmonogram temperatur centralnej kontroli jakości dla łącznego obciążenia ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę (rysunek 4) budowany jest na podstawie harmonogramu temperatur ogrzewania i gospodarstwa domowego (załącznik).

Woda sieciowa przed wejściem do systemu grzewczego przechodzi przez podgrzewacz górnego stopnia, gdzie jej temperatura spada od do . Zużycie wody do zaopatrzenia w ciepłą wodę zmienia się za pomocą regulatora temperatury RT. Woda powrotna z systemu grzewczego trafia do podgrzewacza dolnego stopnia, gdzie schładza się od do . W godzinach maksymalnego zużycia wody temperatura wody wpływającej do instalacji grzewczej spada, co prowadzi do zmniejszenia wymiany ciepła. Ta nierównowaga jest kompensowana w godzinach minimalnego zużycia wody, kiedy do systemu grzewczego wpływa woda o temperaturze wyższej niż wymagana zgodnie z harmonogramem ogrzewania.

Obciążenie bilansowe zaopatrzenia w ciepłą wodę, Q g b, MW, określamy za pomocą wzoru.

Zagadnienia poruszane na wykładzie:

1. Do jakich konsekwencji prowadzi równość dynamiki połączeń bezpośrednich i krzyżowych w ASR niepowiązanych ze sobą regulacji?

2. Jakie częstotliwości robocze są pożądane w niesprzężonych pętlach sterowania.

3. Jaki jest złożony współczynnik łączności.

4. Zasada autonomii.

5. Warunek przybliżonej autonomii.

Obiekty posiadające wiele wejść i wyjść, które są ze sobą powiązane, nazywane są obiektami wielokrotnie połączonymi.

Dynamikę obiektów wielokrotnie połączonych opisuje układ równań różniczkowych, a w formie przekształconej Laplace'a macierzą funkcji przenoszenia.

Istnieją dwa różne podejścia do automatyzacji wielu połączonych obiektów: niepołączona kontrola poszczególnych współrzędnych za pomocą ACP z pojedynczą pętlą; regulacja sprzężona z wykorzystaniem układów wielopętlowych, w których wewnętrzne połączenia skrośne obiektu kompensowane są zewnętrznymi połączeniami dynamicznymi pomiędzy poszczególnymi pętlami regulacji.

Rysunek 1 - Schemat blokowy niepowiązanych regulacji

W przypadku słabych sprzężeń krzyżowych obliczenia niesprzężonych regulatorów przeprowadza się jak dla konwencjonalnego jednoobwodowego ACS, biorąc pod uwagę główne kanały sterujące.

Jeżeli usieciowania są wystarczająco mocne, wówczas margines stabilności układu może być niższy od obliczonego, co prowadzi do pogorszenia jakości regulacji lub nawet utraty stabilności.

Aby uwzględnić wszystkie powiązania pomiędzy obiektem a kontrolerem, można znaleźć wyrażenie na obiekt równoważny, które ma postać:

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

Jest to wyrażenie dla kontrolera R 1 (p), podobne wyrażenie dla kontrolera R 2 (p).

Jeżeli częstotliwości robocze obu obwodów bardzo się od siebie różnią, wówczas ich wzajemny wpływ będzie nieistotny.

Największe niebezpieczeństwo występuje, gdy wszystkie funkcje przenoszenia są sobie równe.

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

W takim przypadku ustawienie regulatora P będzie dwa razy mniejsze niż w jednoprzewodowym ACP.

Do jakościowej oceny wzajemnego wpływu pętli sterowania stosuje się złożony współczynnik łączności.

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

Zwykle oblicza się go przy częstotliwości zerowej i częstotliwościach roboczych obu regulatorów.

Podstawą budowania połączonych systemów regulacji jest zasada autonomii. W odniesieniu do obiektu posiadającego dwa wejścia i wyjścia pojęcie autonomii oznacza wzajemną niezależność współrzędnych wyjściowych U 1 i U 2 podczas pracy dwóch zamkniętych układów sterowania.

Zasadniczo warunek autonomii składa się z dwóch warunków niezmienności: niezmienności pierwszego wyjścia Y 1 względem sygnału drugiego kontrolera X P 2 i niezmienności drugiego wyjścia Y 2 względem sygnału pierwszego kontrolera X P 1 :

y1 (t,x P2)=0; y2(t,xP1)=0; "t, x P1, x P2. (4)

W tym przypadku sygnał X P 1 można uznać za zaburzenie dla Y 2, a sygnał X P 2 za zaburzenie dla Y 1. Wówczas kanały krzyżowe pełnią rolę kanałów zakłócających (rysunek 1.11.1 i rysunek 1.11.2). Aby skompensować te zakłócenia, do układu sterowania wprowadza się urządzenia dynamiczne z funkcjami przenoszenia R 12 (p) i R 21 (p), z których sygnały przesyłane są do odpowiednich kanałów sterujących lub na wejścia sterownika.

Analogicznie do niezmiennego ACP, funkcje przenoszenia kompensatorów R 12 (p) i R 21 (p), określone na podstawie warunku autonomii, będą zależeć od funkcji przenoszenia kanałów bezpośrednich i krzyżowych obiektu i będą równe :

; , (5)

; . (6)

Podobnie jak w niezmienniczych ASR, fizyczna wykonalność i techniczna realizacja przybliżonej autonomii odgrywają ważną rolę w konstruowaniu autonomicznych systemów sterowania.

Warunek przybliżonej autonomii zapisano dla rzeczywistych kompensatorów, biorąc pod uwagę częstotliwości robocze odpowiednich regulatorów:

przy w=0; w=w P2 , (7)

przy w=0; w=w P1 . (8)

(a) – kompensacja wpływu drugiego regulatora w pierwszej pętli regulacyjnej

(b) – kompensacja wpływu pierwszego regulatora w drugiej pętli regulacyjnej

Rysunek 2 – Schematy blokowe autonomicznych systemów automatycznego sterowania

Rysunek 3 - Schemat blokowy autonomicznego dwuosiowego układu sterowania

W technologii chemicznej jednym z najbardziej złożonych, wielopołączonych obiektów jest proces rektyfikacji. Nawet w najprostszych przypadkach – przy rozdzielaniu mieszanin binarnych – w kolumnie destylacyjnej można zidentyfikować kilka wzajemnie powiązanych współrzędnych. Przykładowo, aby regulować proces w dolnej części kolumny, konieczna jest stabilizacja co najmniej dwóch parametrów technologicznych charakteryzujących równowagę materiałową w fazie ciekłej i w jednym ze składników.

Pytania do samokontroli:

1. Definicja i zadania automatyki.

2. Nowoczesny system automatycznego sterowania procesami i etapy jego rozwoju.

3. Zadania zarządcze i regulacyjne.

4. Podstawowe środki techniczne automatyki.

5. Proces technologiczny jako obiekt regulacji, główne grupy zmiennych.

6. Analiza procesu technologicznego jako przedmiotu kontroli.

7. Klasyfikacja procesów technologicznych.

8. Klasyfikacja układów automatyki.

9. Funkcje sterujące układów automatyki.

10. Dobór wielkości kontrolowanych i wpływ sterowania.

11. Analiza statyki i dynamiki kanałów sterowania.

12. Analiza wpływów wejściowych, dobór wielkości kontrolowanych.

13. Określanie stopnia automatyzacji urządzeń technicznych.

14. Obiekty kontrolne i ich główne właściwości.

15. Układy sterowania w pętli otwartej. Zalety, wady, zakres, schemat blokowy.

16. Zamknięte układy sterowania. Zalety, wady, zakres, schemat blokowy i przykład zastosowania.

17. Połączone systemy sterowania. Zalety, wady, zakres, schemat blokowy i przykład zastosowania.

18. Teoria niezmienności układów automatycznego sterowania.

19. Połączona AKP.

20. Typowe kompensatory.

21. Obliczanie kompensatora.

22. Jaki jest warunek przybliżonej niezmienności.

23. Przy jakich częstotliwościach obliczany jest kompensator w przypadku częściowej niezmienności?

24. Warunek fizycznej realizacji niezmiennego ATS.

25. Kaskadowe systemy sterowania.

26. Co to jest obiekt równoważny w kaskadowym ACS.

27. Co wyjaśnia skuteczność kaskadowych systemów automatycznego sterowania.

28. Metody obliczania kaskadowych układów automatyki.

29. ASR z dodatkowym impulsem na podstawie pochodnej z punktu pośredniego.

30. Zakres stosowania ASR z dodatkowym impulsem na pochodnej.

31. Obliczanie ASR z dodatkowym impulsem na podstawie pochodnej.

32. Połączone ze sobą systemy regulacyjne. Oddzielone systemy regulacyjne.

33. Do jakich konsekwencji prowadzi równość dynamiki połączeń bezpośrednich i krzyżowych w ASR niepowiązanych ze sobą regulacji?

34. Jakie częstotliwości robocze są pożądane w niesprzężonych pętlach sterowania.

35. Jaki jest złożony współczynnik łączności.

36. Powiązane systemy regulacji. Autonomiczna AKP.

37. Zasada autonomii.

38. Warunek przybliżonej autonomii.

Schemat blokowy odłączonego układu sterowania dla obiektu dwuwymiarowego ma postać:

Błąd sterowania

Akcja kontrolna

Zmierzone ilości kontrolowane

Niezmierzone wyjścia na głównych kanałach z funkcją przesyłania i

Regulatory z funkcjami transferowymi i

Wykorzystując dyskretne funkcje transferu sterowników kanału głównego i krzyżowego opisujemy układ sterowania rozłączonego:

Przekształćmy system (2.0) przez podstawienie, otrzymując równanie na związek pomiędzy wyjściami systemu i jego wejściami

(2.2)

W pierwszym równaniu podstawiamy prawą stronę drugiego równania:

(2.3)

Podobnie, podstawiając do drugiego równania zamiast prawej strony pierwszego równania, można otrzymać zależność wyniku od i .

Z równania (2.3) jasno wynika, że ​​każda zmienna kontrolowana zależy zarówno od pierwszego wejścia systemu, jak i od drugiego wejścia systemu. Pokażmy, że stabilność układu rozłączonego w tym przypadku maleje. Aby to zrobić, zakładamy, że funkcje przenoszenia obiektu wzdłuż kanału głównego i poprzecznego są sobie równe, a funkcje przenoszenia regulatorów są sobie równe.

Wówczas równanie (2.3) przyjmie postać:

(2.4)

Jeżeli w obiekcie nie ma połączeń krzyżowych, to wartość wyjściowa zależy wyłącznie od zadania zgodnie z wyrażeniem:

Zgodnie z kryterium Nyquista, aby układ z pojedynczą pętlą w pętli zamkniętej był stabilny (jeśli układ z pętlą otwartą jest stabilny), konieczne jest, aby hodograf AFC układu z pętlą otwartą nie pokrywał punktu ze współrzędnymi. Na tej podstawie w odłączonym układzie sterowania, jeśli przyjąć wartość równą zeru, kryterium to będzie takie samo, z tą tylko różnicą, że współrzędne punktu krytycznego będą wynosić . Zatem w niespójnym systemie regulacyjnym zawęża się obszar stabilnej regulacji, co zmniejsza stabilność systemu i pogarsza jakość procesu przejściowego. Jeżeli przy obliczaniu optymalnych ustawień regulatora w niesprzężonym układzie sterowania nie zostaną uwzględnione sprzężenia wewnętrzne, wówczas układ może być niestabilny. Aby utrzymać stabilność odłączonego układu sterowania w obecności połączeń wewnętrznych, konieczne jest zmniejszenie wzmocnienia w porównaniu ze współczynnikami wzmocnienia regulatorów przy braku połączeń skrośnych tak bardzo, że hodograf AFC systemu z otwartą pętlą nie nie obejmować punktu współrzędnymi.

Można to oczywiście osiągnąć poprzez znaczne zwiększenie wzmocnienia regulatora, tj. prędkość regulatora, co znacznie pogarsza jakość regulacji. Dlatego przy silnych powiązaniach wewnętrznych szansy na uzyskanie wysokiej jakości regulacji należy upatrywać nie w dostosowaniu struktur i ustawień niepowiązanych ze sobą organów regulacyjnych, ale poprzez „rozwiązanie” powiązań wewnętrznych poprzez kanały krzyżowe. Te. konieczna jest zmiana struktury samego systemu. Istnieją dwa sposoby osłabienia lub całkowitego „rozwiązania” powiązań krzyżowych:

1. wybór niepowiązanych lub słabo powiązanych parametrów jako wielkości kontrolowanych;

2. utworzenie systemu regulacji powiązanych, poprzez wprowadzenie do ASR dodatkowych zewnętrznych powiązań kompensacyjnych pomiędzy regulatorami

System regulacji niezwiązanej jest prostszy, bardziej niezawodny i tańszy niż systemy regulacji spójnej. Są one wykonalne nawet w przypadkach, gdy systemy kontroli komunikacji są technicznie niewykonalne. Są one jednak podatne na zakłócające wpływy i rozprzestrzeniają się kanałami głównymi i krzyżowymi, co może prowadzić do pogorszenia jakości regulacji, a w najlepszym przypadku do utraty stabilności. Zalety niespójnych układów sterowania zmuszają do poszukiwania sposobów rozszerzenia zakresu ich zastosowania na obiekty o wzajemnie powiązanych wielkościach regulowanych przy zachowaniu zadowalającej jakości regulacji. Stopień połączenia między dwiema kontrolowanymi wielkościami można określić za pomocą funkcji przenoszenia obiektu wzdłuż kanału głównego i poprzecznego. Stopień komunikacji w pierwszym kanale głównym jest równy stosunkowi jego funkcji przenoszenia do funkcji przenoszenia drugiego kanału głównego: . Stopień komunikacji w drugim kanale krzyżowym jest równy stosunkowi funkcji przenoszenia tego kanału do funkcji przenoszenia pierwszego kanału głównego: . Ogólny stopień powiązania pomiędzy zmiennymi sterującymi: . W zależności od wartości całkowitego stopnia połączenia można zalecić jedną z następujących opcji sterowania:

Dzięki takiemu połączeniu regulatorów kanały staną się głównymi, a ogólny stopień połączenia będzie charakteryzował się nową wartością. Jeżeli okaże się, że ogólny stopień sprzężenia wartości jest mniejszy niż 1, wówczas można zastosować układ sterowania niesprzężony;

3. przy współczynniku stopień sprzężenia jest znaczny, co może znacząco obniżyć stabilność odłączonego układu sterowania; w takim przypadku konieczne jest wyeliminowanie lub znaczne osłabienie połączeń wewnętrznych w zautomatyzowanym systemie sterowania;

4. „odsprzęganie” regulacji wielkości w obecności połączeń krzyżowych jest możliwe, jeśli prowadzi się regulację wielkości o różnych charakterystykach dynamicznych, co zmniejsza ich wzajemne powiązanie w trakcie procesu, np. regulatory ciśnienia pracują zwykle na wyższych częstotliwościach, natomiast regulatory temperatury, co decyduje o ich słabym wzajemnym oddziaływaniu.

Podejścia do konfiguracji odłączonego systemu sterowania mogą być następujące:

1. instalacja w układach jednoprzewodowych;

2. jednoczesna optymalizacja regulatorów w rozłączonym układzie sterowania z uwzględnieniem wpływu kanału głównego i przejściowego.

W pierwszym podejściu wykorzystuje się modele kanałów głównych i odpowiadających im regulatorów. Z nich zestawiane są jednoobwodowe układy sterowania, w których odpowiednie regulatory są regulowane za pomocą jednej z metod numerycznych. Zaletą tego podejścia do konfiguracji regulatorów jest jego prostota i duża szybkość.

Z układu równań zależności między wyjściami obiektu ( i ) a wejściami systemu ( i ) (2.3), (2.4) wynika, że ​​wielkość kontrolowana zależy nie tylko od właściwości dynamicznych kanału głównego i sterownika, ale także na właściwościach dynamicznych drugiego kanału głównego, kanałów krzyżowych i od drugiego regulatora. Parametr podobny. Dlatego część sterującą systemu należy skonfigurować, biorąc pod uwagę właściwości dynamiczne nie tylko odpowiedniego kanału głównego, ale także biorąc pod uwagę wpływ dynamiki kanałów krzyżowych. Dlatego wadą tego podejścia do strojenia regulatorów jest nieoptymalność uzyskanych parametrów strojenia.

Rozważmy drugie podejście. Obliczenia procesu nieustalonego w odłączonym układzie sterowania przeprowadza się za pomocą następującego układu równań różnicowych skończonych:

, gdzie są współczynnikami wagowymi, dla których spełnione są następujące warunki:

Wskaźniki jakości dla odpowiednich wyników systemu, stosowane jako kryteria optymalizacji. Większą wagę przypisuje się wskaźnikowi jakości produkcji, której regulacja jest najważniejsza.

Podczas korzystania ze splotu problem optymalizacji powstaje w następujący sposób: . W przypadku stosowania metody gradientowej jako metody optymalizacji numerycznej algorytm optymalizacji (schemat algorytmu) będzie taki sam jak dla układu jednopętlowego. Różnica będzie taka, że ​​przy obliczaniu procesu przejścia zastosowany zostanie układ równań (3.0) i warunki początkowe (3.1). Przy obliczaniu pochodnych cząstkowych kryterium przy ustawieniach optymalnych można zastosować jedno z dwóch omówionych powyżej podejść (z wykorzystaniem quasi-analitycznych zależności rekurencyjnych lub bez nich). Stosując równania różnic skończonych, należy przyjąć pochodne cząstkowe wszystkich równań układu (3.0) dla wszystkich ustawień obu regulatorów. Warunki początkowe obliczenia wartości liczbowych powstałego układu równań różnic skończonych należy ustawić podobnie jak warunki początkowe (3.1).

Obecnie istnieje cała gama automatycznych systemów sterowania (ACS) lub, jak się je również nazywa, automatycznych systemów sterowania (ACS). W tym artykule rozważymy niektóre metody regulacji i rodzaje automatycznych systemów sterowania.

Regulacja bezpośrednia i pośrednia

Jak wiadomo, każdy układ automatycznego sterowania składa się z regulatora i obiektu regulacji. Regulator posiada czuły element, który monitoruje zmiany wielkości regulowanej w zależności od wartości zadanego sygnału sterującego. Z kolei element wrażliwy wpływa na organ regulacyjny, który z kolei zmienia parametry systemu w taki sposób, że wartości wielkości zadanej i kontrolowanej stają się takie same. W najprostszych regulatorach wpływ elementu czujnikowego na narząd regulujący następuje bezpośrednio, to znaczy są one bezpośrednio połączone. W związku z tym takie ACS nazywane są systemami sterowania bezpośredniego, a regulatory nazywane są regulatorami bezpośredniego działania, jak pokazano poniżej:

W takim systemie energia potrzebna do poruszenia zaworu regulującego dopływ wody do basenu pochodzi bezpośrednio z pływaka, który będzie tutaj elementem czujnikowym.

W układzie sterowania pośredniego do organizacji ruchu korpusu sterującego stosuje się urządzenia pomocnicze, które do swojego działania wykorzystują dodatkowe źródła energii. W takim systemie element czujnikowy będzie oddziaływać na sterowanie urządzeniem pomocniczym, które z kolei przesunie element sterujący do żądanej pozycji, jak pokazano poniżej:

Tutaj pływak (wrażliwy organ) działa na styk uzwojenia wzbudzenia silnika elektrycznego, który obraca zawór w pożądanym kierunku. Układy takie stosuje się wtedy, gdy moc elementu czujnikowego nie jest wystarczająca do sterowania mechanizmem wykonawczym lub konieczna jest bardzo duża czułość elementu pomiarowego.

Działa samobieżne jedno- i wieloobwodowe

Nowoczesne ATS bardzo często, prawie zawsze, mają równoległe urządzenia korekcyjne lub lokalne sprzężenia zwrotne, jak pokazano poniżej:

ACS, w których regulacji podlega tylko jedna wartość i mają tylko jedno główne sprzężenie zwrotne (jedną pętlę sterowania), nazywane są jednoobwodowymi. W takich działach samobieżnych uderzenie w jakiś punkt układu może ominąć cały system i powrócić do pierwotnego punktu po przejściu tylko jednej ścieżki obejścia:

A działa samobieżne, w których oprócz obwodu głównego znajdują się również lokalne lub główne połączenia zwrotne, nazywane są wieloobwodowymi. W odróżnieniu od układów jednoobwodowych, w układach wieloobwodowych uderzenie przyłożone do jakiegoś punktu układu może ominąć system i powrócić do punktu przyłożenia uderzenia wzdłuż kilku obwodów układu.

Układy automatyki sprzężonej i rozłączonej

Układy, w których regulacji podlega kilka wielkości (wielowymiarowe ACS), można podzielić na połączone i niepowiązane.

Oddzielone systemy regulacyjne

Systemy, w których regulatory zaprojektowane do regulowania różnych wielkości, które nie są ze sobą powiązane i mogą oddziaływać na siebie poprzez wspólny obiekt sterowania, nazywane są niepowiązanymi systemami sterowania. Niepowiązane systemy regulacji dzielą się na niezależne i zależne.

W przypadku zmiennych zależnych zmiana jednej z wielkości podlegających kontroli pociąga za sobą zmianę pozostałych wielkości podlegających kontroli. Dlatego w takich urządzeniach różne parametry sterowania nie mogą być rozpatrywane oddzielnie.

Przykładem takiego systemu może być samolot z autopilotem, który posiada wydzielony kanał sterowania sterem kierunku. Jeśli statek powietrzny zboczy ze swojego kursu, autopilot spowoduje wychylenie steru kierunku. Autopilot odchyli lotki, a odchylenie lotki i steru kierunku zwiększy opór samolotu, powodując odchylenie steru wysokości. Nie da się zatem rozpatrywać oddzielnie procesów sterowania kursem, pochyleniem i przechyleniem bocznym, mimo że każdy z nich ma swój własny kanał sterujący.

W niezależnych systemach niepowiązanych ze sobą regulacji jest odwrotnie, żadna z wielkości podlegających regulacji nie będzie zależała od zmian pozostałych. Takie procesy zarządzania można rozpatrywać oddzielnie.

Przykładem jest układ automatycznego sterowania prędkością kątową turbiny hydraulicznej, w którym napięcie uzwojenia generatora i prędkość obrotowa turbiny są regulowane niezależnie od siebie.

Połączone systemy regulacji

W takich układach regulatory o różnych wielkościach mają między sobą połączenia, które oddziałują poza przedmiotem regulacji.

Rozważmy na przykład elektryczny autopilot EAP, którego uproszczony schemat pokazano poniżej:

Jego zadaniem jest utrzymanie pochylenia, kursu i przechyłu samolotu na zadanym poziomie. W tym przykładzie rozważymy funkcje autopilota związane wyłącznie z utrzymaniem zadanego kursu, pochylenia i przechyłu.

Półkompas hydrauliczny 12 służy jako czuły element monitorujący zejście samolotu z kursu. Jego główną częścią jest żyroskop, którego oś skierowana jest po zadanym kursie. Kiedy samolot zaczyna odchylać się od kursu, oś żyroskopu zaczyna oddziaływać na suwaki kursu reostatycznego 7 i czujniki obrotu 10 połączone dźwignią 11, utrzymując jednocześnie jego położenie w przestrzeni. Z kolei korpus samolotu wraz z czujnikami 7 i 10 przesuwa się względem osi horoskopu, powstaje różnica między położeniem żyroskopu a korpusem samolotu, która jest wykrywana przez czujniki 7 i 10.

Elementem wykrywającym odchylenie samolotu od kursu określonego w przestrzeni (płaszczyźnie poziomej lub pionowej) będzie żyroskop 14. Jego główna część jest taka sama jak w poprzednim przypadku - żyroskop, którego oś jest prostopadła do płaszczyzna pozioma. Jeżeli płaszczyzna zacznie odchylać się od horyzontu, suwak 13 czujnika pochylenia zacznie się przesuwać w osi podłużnej, a gdy odchyli się w płaszczyźnie poziomej, czujniki przechyłu 15-17 zaczną się przesuwać.

Organami sterującymi samolotem są stery sterujące 1, wysokość 18 i lotki 19, a elementami wykonawczymi kontrolującymi położenie sterów są maszyny sterujące kursem, pochyleniem i przechyleniem. Zasada działania wszystkich trzech kanałów autopilota jest całkowicie podobna. Przekładnia kierownicza każdej kierownicy połączona jest z czujnikiem potencjometrycznym. Główny czujnik potencjometryczny (patrz schemat poniżej):

Łączy się z odpowiednim czujnikiem sprzężenia zwrotnego poprzez obwód mostkowy. Przekątna mostka jest podłączona do wzmacniacza 6. Gdy dron zejdzie z toru lotu, suwak głównego czujnika przesunie się, a na przekątnej mostka pojawi się sygnał. W wyniku pojawienia się sygnału na wyjściu wzmacniacza 6 zostanie uruchomiony przekaźnik elektromagnetyczny, co doprowadzi do zamknięcia obwodu sprzęgającego elektromagnetycznego 4. Bęben 3 maszyny, w obwodzie którego znajduje się przekaźnik zadziałał, zazębi się z wałem obracającego się w sposób ciągły silnika elektrycznego 5. Bęben zacznie się obracać i w ten sposób nawijać lub rozwijać (w zależności od kierunku obrotu) liny, które obracają odpowiedni ster samolotu, a jednocześnie czasie przesunie się szczotka potencjometru sprzężenia zwrotnego (OS) 2. Gdy wartość przemieszczenia potencjometru sprzężenia zwrotnego (OS) 2 zrówna się z wartością przemieszczenia szczotki czujnika potencjometrycznego, sygnał na przekątnej tego mostka stanie się równy zero i sterowanie ruchem zostanie zatrzymane. W takim przypadku ster samolotu obróci się do pozycji niezbędnej do przemieszczenia statku powietrznego na zadany kurs. Po wyeliminowaniu niedopasowania główna szczotka czujnika powróci do pozycji środkowej.

Stopnie wyjściowe autopilota są identyczne, zaczynając od wzmacniaczy 6, a kończąc na przekładniach kierowniczych. Ale wejścia są trochę inne. Suwak czujnika kursu nie jest połączony na sztywno z żyrokompasem, lecz za pomocą amortyzatora 9 i sprężyny 8. Dzięki temu uzyskujemy nie tylko ruch proporcjonalny do przemieszczenia od kursu, ale także dodatkowy , proporcjonalna do pierwszej pochodnej odchylenia po czasie. Ponadto we wszystkich kanałach oprócz głównych czujników znajdują się dodatkowe czujniki, które realizują połączone sterowanie we wszystkich trzech osiach, czyli koordynują działania wszystkich trzech sterów. Połączenie to zapewnia algebraiczne dodawanie sygnałów z czujników głównych i dodatkowych na wejściu wzmacniacza 6.

Jeśli weźmiemy pod uwagę kanał kontroli kursu, wówczas czujnikami pomocniczymi będą czujniki przechyłu i skrętu, którymi steruje ręcznie pilot. W kanale rolkowym znajdują się dodatkowe czujniki obrotu i obrotu.

Wzajemne oddziaływanie kanałów sterujących powoduje, że gdy statek powietrzny się porusza, zmiana jego przechyłu spowoduje zmianę pochylenia i odwrotnie.

Należy pamiętać, że automatyczny system sterowania nazywa się autonomicznym, jeśli ma takie połączenia między swoimi regulatorami, że gdy zmieni się jedna z wartości, reszta pozostanie niezmieniona, to znaczy zmiana jednej wartości nie powoduje automatycznej zmiany pozostałych .

Podstawą budowania połączonych systemów regulacji jest zasada autonomii. W odniesieniu do obiektu posiadającego dwa wejścia i wyjścia, pojęcie autonomii oznacza wzajemną niezależność współrzędnych wyjściowych y 1 I y 2 gdy działają dwa zamknięte systemy sterowania.

Zasadniczo warunek autonomii składa się z dwóch warunków niezmienności: niezmienności pierwszego wyjścia y 1 względem sygnału drugiego regulatora X p2 i niezmienność drugiego wyjścia y2. względem sygnału pierwszego regulatora X p1:

W tym przypadku sygnał X p1 można uznać za zaburzenie y2, i sygnał X p2 - jak oburzenie za y 1. Wówczas kanały krzyżowe pełnią rolę kanałów zakłócających (ryc. 1.35). Aby skompensować te zakłócenia, do układu sterowania wprowadzane są urządzenia dynamiczne z funkcjami przenoszenia R 12 (p) I R 21 (r), z których sygnały przesyłane są do odpowiednich kanałów sterujących lub na wejścia regulatorów.

Analogicznie do niezmienniczych ASR, funkcje przenoszenia kompensatorów R 12 (p) I R 21 (r), wyznaczony z warunku autonomii, będzie zależał od funkcji przenoszenia kanałów bezpośrednich i krzyżowych obiektu i zgodnie z wyrażeniami (1.20) i (1.20,a) będzie równy:

Podobnie jak w niezmienniczych ASR, przy budowie autonomicznych układów sterowania ważną rolę odgrywają wykonalność fizyczna i wykonanie techniczne przybliżona autonomia.

Warunek przybliżonej autonomii zapisano dla rzeczywistych kompensatorów, biorąc pod uwagę częstotliwości robocze odpowiednich regulatorów:

W technologii chemicznej jednym z najbardziej złożonych, wielopołączonych obiektów jest proces rektyfikacji. Nawet w najprostszych przypadkach – przy rozdzielaniu mieszanin binarnych – w kolumnie destylacyjnej można zidentyfikować kilka wzajemnie powiązanych współrzędnych (ryc. 1.36). Przykładowo, aby regulować proces w dolnej części kolumny, konieczna jest stabilizacja co najmniej dwóch parametrów technologicznych charakteryzujących równowagę materiałową w fazie ciekłej i w jednym ze składników. W tym celu dobiera się zazwyczaj poziom cieczy w destylatorze i temperaturę pod pierwszą płytą, a jako sterujące sygnały wejściowe wykorzystuje się przepływ pary grzewczej i wybór destylatora. Jednak każdy z wpływów regulacyjnych wpływa na oba wyjścia: gdy zmienia się natężenie przepływu pary grzewczej, zmienia się intensywność parowania produktu dennego, a w rezultacie zmienia się poziom cieczy i skład pary. Podobnie zmiana doboru produktu osadowego wpływa nie tylko na poziom osadu, ale także na współczynnik refluksu, co prowadzi do zmiany składu pary wodnej na dnie kolumny.

Ryż. 1,35. Schematy blokowe autonomicznych systemów automatycznego sterowania: A– kompensacja wpływu drugiego regulatora w pierwszej pętli regulacyjnej; B– kompensacja wpływu pierwszego regulatora w drugiej pętli regulacyjnej; c – autonomiczny dwuwspółrzędny układ sterowania

Ryż. 1,36. Przykład układu sterowania obiektem z kilkoma wejściami i wyjściami:

1 - Kolumna destylacyjna; 2 – bojler; 3 – chłodnica zwrotna; 4 – zbiornik zwrotny; 5 - regulator temperatury; 6,9 – regulatory poziomu; 7 - regulator przepływu; 8 – regulator ciśnienia

Aby regulować proces w górnej części, można wybrać ciśnienie pary i temperaturę jako współrzędne wyjściowe oraz doprowadzenie czynnika chłodniczego do skraplacza zwrotnego i refluks do kolumny zwrotnej jako regulujące parametry wejściowe. Oczywiście obie współrzędne wejściowe wpływają na ciśnienie i temperaturę w kolumnie podczas procesów termicznych i przenoszenia masy.

Ostatecznie, biorąc pod uwagę system kontroli temperatury jednocześnie w górnej i dolnej części kolumny poprzez doprowadzenie odpowiednio pary refluksowej i grzewczej, otrzymujemy także system niepowiązanej kontroli obiektu z wewnętrznymi usieciowaniami.