Статья журнала "Промышленные АСУ и контроллеры" №9 2005 г:
Вопрос: В каких случаях "ослабление" регулятора оправдано?
Илья Геннадьевич Варламов
руководитель департамента САР "НПО ТЕХНОКОНТ".
Телефон: (495) 652-91-60.
E-mail:
http://technocont.ru
 В каких случаях "ослабление" регулятора оправдано? (pdf, 288 Кб) - версия статьи для сохранения на компьютер.
Для просмотра PDF-файла не нужно ничего, кроме самого файла и бесплатной программы Acrobat Reader
"Слабый "регулятор - это плохо!
Но в каких случаях "ослабление" регулятора оправдано?
Ответу на этот вопрос посвящен настоящий материал.
'Weak' controller is bad!
But in what cases controller slackening is justified?
This material gives an answer to the question.
В связи с тем, что мы не знаем, как и с помощью чего вы получаете настройки САР, все дальнейшее изложение будет основано на том, что при наладке вы пользуетесь специализированным АРМ «P.I.D. – expert. Станция инженерного сопровождения САР».
Ответ. Итак, вы сняли при функционирующей в штатном режиме САР согласно требованиям «P.I.D. – expert» представительный законченный переходный процесс, включающий график изменения регулируемой переменной и соответствующий ему график изменения положения регулирующего органа или выхода регулятора.
Введя эти данные в «P.I.D. – expert», вы получили наилучшие настройки регулятора с его - «P.I.D. – expert» - точки зрения, исходя из сложившегося у него представления об объекте регулирования. Это в меру "сильные" настройки, соответствующие требованиям минимального времени переходного процесса, с незначительным перерегулированием и солидным запасом устойчивости. Назовем эти настройки "Машинными". Это хорошая исходная точка для начала поиска настроек регулятора - наилучших с экспертной точки зрения инженера-наладчика, исходя из его знания объекта регулирования и ситуации. А он знает много такого, чего «P.I.D. – expert» знать не может. Такие настройки обозначим как "Экспертные".
Хорошо, когда "экспертные" и "машинные" настройки совпадают - стабилизация технологического параметра таким регулятором будет исполняться на высоком качественном уровне. Но очень часто у опытного инженера-наладчика имеются веские аргументы произвести "ослабление" регулятора, пожертвовав качеством стабилизации регулируемого параметра в силу обстоятельств непреодолимой силы.
"Ослабление" настроек ПИД регулятора - процедура не простая, особенно при объектах без самовыравнивания. Описание этой процедуры не является предметом данного материала. Разработчики «P.I.D. – expert» организовали для инженера-наладчика специальную кнопку "Ослабить", при нажатии которой по "правильному" алгоритму произойдет комплексное изменение настроек регулятора с целью его "ослабления" на некоторую разумную величину.
Оправданных причин к "ослаблению" регулятора может быть только две:
- ограничение по выбегу регулирующего органа;
- изменение свойств объекта регулирования в широком диапазоне.
Рис. 1. Выбег регулирующего органа при отработке возмущения по нагрузке.
Особо обращаем внимание на следующее: если дело дошло до "ослабления" регулятора, то в первую очередь заблокируйте Д-составляющую в ПИД регуляторе и получите уже без нее "машинные" настройки ПИ регулятора. Это условие необходимое, но может быть недостаточное.
Причина 1. Ограничение по выбегу регулирующего органа.
Технология или эксплуатация категорически не допускают достижение качества в регулировании ценой работы привода регулирующего органа в режиме значительных перемещений со скоростью, близкой к максимальной. На графиках (рис. 1) показано поведение регулируемой переменной (PV) и положения исполнительного механизма (СО) переходного процесса при возмущении по нагрузке. На рисунке видно, что при хорошем качестве переходного процесса, имеет место значительное перемещение регулирующего органа с большой скоростью, и, как следствие, выбег по положению регулирующего органа над конечным установившимся значением.
Принимаем эту ситуацию такой, какая есть. Главенствует в этом случае не стремление к достижению качества переходного процесса, а поведение регулирующего органа. Регулятор надо делать, к сожалению, "ослабленным". Но надо.
Технология "Ослабления" "машинных" настроек с целью уменьшения выбега регулирующего органа
Технология проста. Нажали кнопку "Ослабить", т.е. получили комплект более слабых настроек. С новыми "ослабленными" настройками произвели имитационное моделирование. Рассмотрели модель поведения регулирующего органа с новыми настройками. Мало? Еще раз нажали кнопку "Ослабить" ... Так, итерационными процедурами добиваются компромисса между качеством переходного процесса и приемлемым перемещением регулирующего органа.
Причина 2. Изменение свойств объекта регулирования в широком диапазоне.
Необходимо удержать регулятор в зоне вероятной устойчивости при изменении свойств объекта регулирования. Справедливо только при условии, что пределы изменения свойств объекта вам известны.
Надо отметить, что при работе с такими объектами без сомнения целесообразнее иметь комплект из нескольких комбинаций наилучших "машинных" настроек, полученных при различных состояниях объекта регулирования, и своевременно включать их в работу. Следует также учитывать, что "машинные" настройки обладают некоторыми запасом устойчивости при изменении свойств объекта регулирования. Например, для "машинных" настроек от «P.I.D. – expert» границы критического изменения свойств объекта (рис. 2) составляют примерно: 2,5-3,5 по запаздыванию и 2,9-3,5 по коэффициенту усиления объекта (на графике по горизонтальной оси показано отношение т/Т0 исходного объекта, по вертикальной оси - предельные значения, во сколько раз может измениться запаздывание или коэффициент усиления объекта до выхода на границу устойчивости).
Рис. 2. Граница устойчивости при изменении свойств объекта.
Будем считать, что получить ситуационный комплект настроек в принципе нельзя, а приведенный график "грубости" "машинных" настроек не захватывает вероятное изменение свойств объекта регулирования. Тогда будем "ослаблять" регулятор до какого-то разумного компромисса между его способностью регулировать и вопросами безопасности.
Технология "ослабления" "машинных" настроек с целью увеличения запаса устойчивости
Для этой цели разработчики «P.I.D. – expert» организовали для инженера-наладчика возможность изменить параметры модели объекта и оценить характер переходного процесса с новыми параметрами. После определения наилучших "машинных" настроек нужно установить предполагаемые параметры модели объекта, т.е. какими они могут быть при изменении свойств объекта, провести моделирование и оценить характер переходного процесса. Если процесс приобрел чрезмерную колебательность или вовсе стал неустойчивым, то нажать кнопку "Ослабить" и вновь оценить качество. Если произведенного ослабления окажется недостаточно, то вновь выполнить ослабление (нажать кнопку "Ослабить") и оценить его результат. Так, итерационными процедурами добиться компромисса качества переходных процессов для различных параметров объекта.
Выводы
- Отступление от оптимальных "машинных" настроек - ослабление регулятора - должно быть мотивированным (только по перечисленным причинам), осознанным и производиться в разумных пределах.
- Если дело дошло до "ослабления", то держаться за Д-составляющую в ПИД регуляторе бессмысленно.
P.S.: Уже после написания данного материала, его электронной рассылки и опубликования в журнале «Промышленные АСУ и контроллеры» №9 за 2005 год, специалисты «НПО ТЕХНОКОНТ» наткнулись в ходе проведения наладочных работ на одном промышленном предприятие на еще одну ситуацию, наличие которой смело можно назвать Причиной 3 оправданного «ослабления» настроек регулятора.
Причина 3. «Выход на ограничение по скорости перемещения исполнительного механизма».
Если объект малоинерционный (относительно скорости перемещения регулирующего органа), то при больших возмущениях, близких по форме к ступенчатым, регулируемая переменная изменяется достаточно быстро, и возникает ситуация, когда интегральная часть регулятора копится быстрее, чем регулирующий орган успевает ее отработать. Вследствие чего в системе возникают колебания, а то и вовсе потеря устойчивости. Сказанное относится к регулирующим органам с аналоговым управлением.
|
