3.5.2. Системы регулирования с дифференциатором

Одним из вариантов каскадной системы регулирования является схема с дифференциатором (АСР с дополнительным импульсом по производной от промежуточной регулируемой величины, АСР с опережающим «скоростным» сигналом). Такие системы представляют вариант двухконтурной схемы, использующие только один регулятор, на вход которого подается не только основная регулируемая величина, но и некоторая вспомогательная промежуточная переменная. Обычно эти системы применяют при автоматизации объектов, в которых регулируемый технологический параметр (например, температура или состав) распределен по пространственной координате (как в аппаратах колонного или трубчатого типа). Особенность таких объектов состоит в том, что основной регулируемой координатой является технологический параметр на выходе из аппарата, возмущения распределены по длине аппарата, а регулирующее воздействие подается на его вход. При этом одноконтурные замкнутые АСР не обеспечивают должного качества переходных процессов вследствие большой инерционности канала регулирования.

Подача на вход регулятора дополнительного импульса из промежуточной точки аппарата дает опережающий сигнал, и регулятор включается в работу прежде, чем выходная координата отклонится от заданного задания. Если основное возмущение является внутренним возмущением, то такая система регулирования аналогична системе со стабилизирующим регулятором. Предпочтение схеме с промежуточным дифференцированием практически объясняется только тем, что при определенных условиях устройство дифференцирования (дифференциатор) оказывается проще, чем дополнительный стабилизирующий регулятор (применение микропроцессорной техники снимает такое ограничение). Но в практике автоматизации встречаются объекты, в которых схема с дифференциатором принципиально необходима при решении задачи управления.

В рассматриваемой схеме с дополнительным информационным каналом необходимость установки дифференциатора определяется требованием обеспечения астатизма по основной управляемой величине в установившемся режиме

.

В установившемся состоянии сигнал по вспомогательной величине должен исчезнуть и , если . С этой целью вспомогательную координату пропускают через дифференциатор.

Эффективность введения дополнительного импульса зависит от точки его отбора. Выбор последней определяется в каждом конкретном случае динамическими свойствами объекта и условиями его работы. Системы с дифференциатором рассчитывается аналогично каскадным системам после соответствующих преобразований.

Обычно в качестве дифференциатора применяют реальное дифференцирующее звено

.

Расчетную схему с дифференциатором преобразуем к следующему виду,

где ,

а .

Расчет ведется следующим образом: на первом шаге определяются параметры дифференциатора, на втором шаге параметры основного регулятора. В отличие от обычной каскадной схемы настройки дифференциатора более чувствительны к изменению параметров объекта, поэтому существуют различные методики настройки таких систем.

Рассмотрим методику Миронова В.Д. (методика ВТИ). Структурную исходную схему преобразуем к виду на рис.3.51.

Здесь - инерционная составляющая передаточной функции объекта регулирования.

Пусть , тогда для основного регулятора передаточная функция объекта управления принимает следующий вид:

.

Если обеспечить равенства , то для основного регулятора свойства объекта определяются следующей передаточной функцией и параметры его настройки определяются без учета инерционной части. Здесь наблюдается эффект скомпенсированного сигнала (по Миронову), это условие должно строго соблюдаться. Компенсация сигнала позволяет исключить из замкнутого контура свойства инерционной части системы. Кроме методики Миронова в литературных источниках по наладке систем автоматизации упоминается метод Александровой.

Необходимо отметить, что расчеты многоконтурных систем представляют итерационную процедуру, так как настройки основного и вспомогательных регуляторов взаимозависимы.