S64 Глава 6. Струкры управлем>

Если усиление Gj ве;гико, то передаточная функция Gj стремится к единице и практически не зависит от изменений передаточных функций силовой электроники и электрической части двигателя. Нелинейное поведение двигателя или элементов силовой электроники можно моделировать, например, передаточными функциями с переменны.ми коэффициентами.

К выходу регулятора скорости подключены последовательно три достаточно простые подсистемы - линейный усилитель с кo.эффициeFfтo.м усиления Kj, контур управления токо.м (G; близко к единице) и .механическая часть двигателя G2- Каскадная структура устраняет .многие сложности, присущие силовой электронике и динамике двигателя. По.ми.мо этого, обратная свя.зь, управляющая током ротора, обеспечивает еще одну функцию: поскольку ток ротора должен быть ограниченным, внутренний коитур peniaer и эту задачу

Каскадная структура удобна и для HepBOHa4ajrbHoro пуска системы управлени Сначала настраивается внутренний контур. Поскольку этот контур упроньает лина.ун-ку работы внеигнего контура, то настройку последнего произвести легче. При настрог-ке внепшего контура не требуется из.менять параметры внутреннего контура, В некоторых случаях, например при управлении положением оси двигателя, добавляютек один контур, вненпшй по отнопюнию к контуру управления скоростью (рис. 4.32).Настройка этого контура позиционирования производится таки.м же образом.

Отмети.м две особенности каскадной структуры.

• Выходной сигнал первичного (главного) регулятора используется в качес» опорного для вторичного (вспомогательного) регулятора.

• Два контура обратной связи вложены друг в друга; вторичный контур распо.:: жен внутри первичного. Динамика вторичного контура должна быть значите.*-вын1е, чем динамика первичного.

В каскадных системах управления особого внимания требует эффект насыщен:-Чтобы предотвратить насыщение во вторичном контуре, можно использ()ваты ритм, нока:анный в разделе 6.5.4. Однако, для предотвращения насыщения в пере: ном контуре необходимо опреде/гить .момент насыщения вторичного регулятора.В которых системах при насьпцении вторичного ре17лятора первичный переводаГ в ручной режи.м. Поскольку оба контура и.меют различные скорости, они .мопт--пользовать разную частоту выборки, причем для вторичного регулятора спада* быть значительно вьнне, чем для первичного. Профам.ма для первичного регуля; будет обновлять опорное значение для вторичного раулятора. Первичный KcnrrvTi" .пироваиия .может получать опорное значение от оператора или от другой прогрз-

6.6.2. Селективное управление

Во многих задачах управления про]ессами число измеряемых или выхс .личин превосходит число управ-пяюншх пере.мепны.х. Это не позволяет оД" по исключить огпибки во всех управляемых величина.х- нри произвольных

ппопных значений или воз.муи1ениях, используя лиП1Ь простейипте

6,7, Границы применения ПИД-регуляторов 255

с одним входом и одним выходом. При селективном управлении (selective control) два или большее число регуляторов управляют общим исполнительным механизмом на основе измерительной информации, которая формируется по результатам измерений переменной процесса несколькими датчиками. Селектор (selector) выбирает наиболее подходящее из нескольких измерений. Селекторы представляют собой нелинейные элементы, распшряющие функции контуров регулирования, которые просто реа.лизовать в цифровых системах. Применение селекторов не только улучшает работу системы, но и защищает ее от опасных режимов.

Один из типов селекторных устройств использует в качестве выхода наибольший или наименьший из двух или более входных сигналов (на схемах оборудования селектор максимального значения обозначается Я5, а селектор мини.мального значения - LS). Такой тип селектора, напри.мер, .можно использовать для выбора .макси-.мального из нескольких из.меренных значений температуры в качестве входа регулятора или порога срабатывания в системе аварийной сигнализации. Другой тип селектора определяет среднее нескольких входных сигналов. Это позволяет измерять температуру на основе показаний не одного, а фуппы датчиков, что повышает качество и надежность измерений.

Примером селективного управления может служить система централизованного теплоснабжения. Задача управления - регулировать скорость питательных насосов таким образом, чтобы давление в тепловой сети всегда находилось выше определенного мини.мального значения. В качестве выходной величины для управления в произвольный мо.мент вре.мени выбирается точка с наи.меныпи.м значением давления. Поскольку положение этой точки .меняется со временем и зависит от режи.ма работы, соответствуюпше сигналы собираются от различных точек сети. Селектор выбирает датчик давления таким образом, чтобы управление скоростью насоса осуществлялось исходя из .мини.мального давления.

Использование верхних или нижних пределов для переменных процесса иредставля-ei собой другой тип селективного управления, назьшаемый блокированием (override). Когда сигнал достигает одного из этих пределов, нор.мальная работа регулятора прекращается и включаются аварийные процедуры. Механиз.м "антинасьпцения" pei-уляторов елставляет собой в определенном смысле частный случай блокирования.

7. Границы применения ПИД-регуляторов

ПИД-регуляторы успению применяются для решения многих задач управления Мышленными процесса.ми. Основная причина их широкого распространения Cfana с тем, что динамические свойства больншнства технических процессов мож-• довлетворительно аппроксимировать динамическими моделями второго норяд-Втоже время ПИД-регулятор не подходит для управления процессами, в кото-значительную роль играют следующие факторы: временные задержки; колебательный характер динамики систе.мы (комплексные полюса с малы.м затуханием);

изменения параметров, как предсказуемые, так и непредсказуемые; несколько входов и выходов.

•ти ограничения будут рассмотрены в настоящем разделе

6.7.1. Временные задержки

Временные задержки (time delays), или запаздывания (dead times), довольно час-то наблюдаются в про.мьпнленных процессах. Они являются следствием протяженных систе.м, различных контуров обратной связи или .могут быть связаны со временем, требуемы.м для вьигалнения анализа продукта и выдачи соответствующих результатов в качестве данных из.мерений. Во всех этих случаях информация о процессе поступает к регулятору позже, че.м это требуется. Вообще говоря, любая запаздывающая ипфор.мация вызывает проблемы ("опоздавшие правильные данные -ошибочны"). Задержки ограничивают работу систем управления и могут привест;: к неустойчивости технического нроцесса.

Для того чтобы снизить риск неустойчивости, усиление при ПИД-управленй1! процесса.ми с временными задержка.ми должно поддерживаться на возможно более низко.м уровне. Поэтому нри.менение ПИД-регуляторов к процессам с задержкой обычно сопровождается за.медленной реакцией процесса на управляющее во,здей-ствие Сказанное иллюстрируется следующи.м при.меро.м.

Пример 6.7

Управление системой с временными задержками

Система состоит из двух хи.мических смесителей, соединенных последовательно (см. также пример 3.7 и рис. 3.10). Концентрация с вытекающего химического продукта из.меряется (переменная г/), но процедура из.мерения требует времени Т. Влияние времени задержки иллюстрируется ПИ-уцравлением концентрацией (рис. 6.18).

t=3 5

время

Рис. 6.18. Унрав.те1Н1е хи.мически.м нроцессо.м с но.мошью ИИ-регулятора tipii наличии и при отсутствии временного зана.эдьшания (3 единицы вре.мени). Параметры регулятора одинаковы в обоих случаях

ПИ-регулятор бы.п настроен па оптимальное управление при отсутствии временной задержки. Передаточная функция замкнутой системы