4.3 Системи регулювання з додатковим імпульсом за похідною з проміжної точки

Такі системи регулювання використовують тоді, коли об’єкт має регульований технологічний параметр, розподілений за просторовою координатою (наприклад, апарати колонного типу, трубчасті реактори, кожухотрубні теплообмінники з великою довжиною та ін.). Особливість таких об’єктів полягає в тому, що основною регульованою координатою є технологічний параметр на виході з апарата, збурення розподілені за довжиною апарата, а регулюючий вплив подається на його вхід. При цьому одноконтурні замкнені системи регулювання не забезпечують необхідної якості перехідних процесів через велику інерційність каналу регулювання.

Подавання на вхід регулятора додаткового імпульсу з проміжної точки апарата дає випереджаючий сигнал і регулятор включається в роботу раніше, ніж вихідна координата відхилиться від заданого значення.

Для забезпечення регулювання без статичної похибки необхідно, щоб в усталених режимах додатковий імпульс зникав. Для цього допоміжний імпульс пропускають через реальну диференціальну ланку з передаточною функцією.

W_д (s)= К_д , /4.14/

де К_д- коефіцієнт передачі; , - сталі часу.

Ефективність уведення додаткового імпульсу залежить від точки його вибору, яку визначають у кожному конкретному випадку динамічними властивостями об’єкта та умовами його роботи.

Розрахунок подібних систем регулювання аналогічний розрахунку каскадних АСР.

На рис. 4.5. допоміжну формує ланцюжок, який складається з вимірювального перетворювача ВП1 проміжної координати , проміжного перетворювача ПП1 та реальної диференцюючої ланки D. Вихідний сигнал диференціатора надходить на вхід регулятора R. Цей зворотний зв’язок є гнучким і працює лише в перехідних режимах роботи.

Рис. 4.5. Структурна схема АСР із допоміжною похідною

Як правило, такі АСР досліджуються по каналу збурення, розподіленого за просторовою координатою. Збурення Z діє як на вихідну координату об’єкта у, так і на проміжку у₁.Завдяки тому, що технологічний параметр розподілений за лінійною координатою, дія збурення Z на проміжну координату у₁ відбудеться швидше, ніж на координату у. Тому регулятор R почне працювати з моменту появи сигналу у₁ і значно швидше, ніж зміниться сигнал у.

Структурна АСР із допоміжною похідною подібна каскадній, тобто має два контури: внутрішній і зовнішній. Передаточна функція для внутрішнього контура по каналу регулювання (при зміні завдання регулятора u) має вигляд:

, /4.15/

а по каналу збурення :

/4.16/

Передаточна функція АСР по каналу регулювання :

/4.17/

а по каналу збурення :

/4.18/

Із рівнянь /4.15-4.18/ випливає, що передаточна функція диференціатора залежить віл параметрів регулятора. Із характеристичного рівняння для внутрішнього контура маємо:

/4.19/

У /4.19/ введемо позначення еквівалентного об’єкта:

, /4.20/

Якщо регулятор грунтується на ПІ-законі регулювання, то рівняння /4.19/ з урахуванням /4.14/набирає вигляду

/4.21/

Із рівняння /4.21/ слідує, що в разі використання ПІ (або ПІД) регулятора з достатньою точністю можна вважати, що параметри диференціатора будуть близькими до параметрів регулятора, тобто , а .

Розрахунок АСР із додатковим імпульсом за похідною зводиться до такого:

• визначають настроювальні параметри регулятора замкненої одноконтурної системи регулювання без внутрішнього контура;

• використовуючи рівняння /4.21/знаходять параметри диференціатора;

• розраховують перехідний процес АСР і визначають його якість;

• якщо якість не відповідає необхідним вимогам, то потрібно змінити параметри диференціатора.