Статья журнала "Промышленные АСУ и контроллеры" №4 2006 г:
Вопрос: Какую систему регулирования считать многомерной?
Илья Геннадьевич Варламов
руководитель департамента САР "НПО ТЕХНОКОНТ".
Телефон: (495) 652-91-60.
E-mail:
http://technocont.ru
 Какую систему регулирования считать многомерной? (pdf, 260 Кб) - версия статьи для сохранения на компьютер.
Для просмотра PDF-файла не нужно ничего, кроме самого файла и бесплатной программы Acrobat Reader
“… промышленные объекты содержат множество контуров регулирования, при этом работа одних контуров влияет на регулируемые переменные соседних контуров. Но всегда ли объект нужно воспринимать как многомерный?…”
Ответ. К нам часто обращаются наши клиенты с утверждением, что объекты у них многомерные, и это требует «особых» подходов в настройке систем регулирования. При этом зачастую ошибочно называют многомерной систему, которая на самом деле таковой не является.
В чем состоит суть распространённого заблуждения?
Какую систему регулирования действительно считать многомерной?
Для начала разберёмся, что является многомерной системой регулирования.
Действительно, промышленные объекты содержат множество контуров регулирования, при этом работа одних контуров влияет на регулируемые переменные соседних контуров. Но всегда ли объект нужно воспринимать как многомерный? Рассмотрим пример многомерного объекта, имеющего два управляемых входа и две регулируемых переменных (Рис. 1).
Рис. 1
Многомерность этого объекта определяется тем, что кроме основных каналов управления U1-PV1 и U2-PV2, имеют место перекрёстные связи U1-PV2 и U2-PV1 (на рисунке показаны пунктиром). Причём, эти связи сопоставимы с основными каналами управления. Другими словами, управляемый вход объекта U1 оказывает влияние как на регулируемую переменную PV1, так и на регулируемую переменную PV2. В свою очередь, управляемый вход объекта U2 также оказывает влияние на обе регулируемые переменные: как на PV2, так и на PV1. В такой системе регулирования сильно взаимовлияние контуров и работа каждого контура зависит от работы смежного контура (в том числе и от настроек регулятора смежного контура). Механизм этого взаимовлияния следующий. Возмущение F1 пройдя по каналу U1-PV1, вызовет отклонение регулируемой переменной PV1. Регулятор 1 изменит управляющее воздействие CO1 с целью вернуть регулируемую переменную PV1 к заданному значению. Одновременно возмущение F1 пройдя по каналу U1-PV2, вызовет отклонение регулируемой переменной PV2. Регулятор 2 изменит управляющее воздействие CO2, которое, пройдя по каналу U2-PV1, также окажет влияние на переменную PV1. Таким образом, качество стабилизации переменной PV1 зависит как от настроек Регулятора 1, так и от настроек Регулятора 2. Настройку регуляторов в этой системе следует производить с учётом взаимовлияния контуров.
Но зачастую, в таких объектах одна из перекрёстных связей достаточно слаба либо отсутствует полностью. Допустим, отсутствует связь U2-PV1 (Рис. 2). Тогда воздействие U1 будет влиять на обе регулируемые переменные PV1 и PV2, а воздействие U2 - только на «свою» регулируемую переменную PV2. В этом случае возмущение F1 окажет влияние на переменную PV2, но работа Регулятора 2 никак не отразится ни на регулируемой переменной PV1, ни на работе Регулятора 1. А поскольку нет влияния второго контура регулирования на первый, то связь U1-PV2 является всего лишь возмущением по отношению ко второму контуру. Регуляторы в этой системе настраиваются как для двух отдельных, совершенно независимых контуров регулирования.
Система может иметь и большее число контуров регулирования, но многомерной (двухмерной, трёхмерной и т.д.) она будет только в той её части, где присутствуют перекрёстные связи.
Рис. 2
Пример. Продукт, двигаясь по поточной линии, проходит несколько стадий нагрева. В каждой нагревательной камере требуемая температура поддерживается при помощи регулятора, который управляет мощностью ТЭНов. Температура в камере зависит как от мощности ТЭНов, так и от температуры продукта на входе камеры. Изменение температуры в первой камере повлияет на температуру продукта и, как следствие, на температуру во второй камере. Но связи от второй камеры к первой – нет. Изменение мощности ТЭНов во второй камере никак не повлияет на температуру в первой. Таким образом, изменение температуры в первой камере для системы регулирования температуры второй камеры является возмущением. Каждый из регуляторов настраивается как самостоятельный.
Многомерную систему наиболее наглядно можно представить следующим примером. В резервуар по двум трубам подаётся две различные жидкости. На каждой трубе установлен регулирующий клапан, управляющий расходом жидкости. В резервуаре жидкости перемешиваются, и производится отбор получившейся смеси к потребителю. Необходимо поддерживать уровень в резервуаре и состав смеси. Изменение расхода любой из жидкостей повлияет как на уровень, так и на состав смеси.
Справедливости ради нужно сказать, что для вышеприведённого примера от многомерности можно уйти, изменив схему управления. А именно – применить систему так называемого связанного управления. Регулятор уровня в этом случае будет перемещать параллельно сразу оба исполнительных механизма, а регулятор концентрации будет формировать «перекос», т.е. разницу положений исполнительных механизмов. Такая схема позволит избежать взаимовлияния контуров регулирования и настраивать каждый из регуляторов как самостоятельный.
Далеко не всегда удаётся решить проблему взаимовлияния контуров регулирования подобным способом, и что касается действительно многомерных систем регулирования, то настройка регуляторов в них требует «особого» подхода.
Заключение.
Многомерной система будет только в той её части, где присутствуют перекрёстные связи.
Настройка регуляторов в многомерной системе – задача непростая и достаточно трудоёмкая.
Сложность настройки многомерных систем требует применения специализированных инструментальных средств. Так, например, пользователи «P.I.D. – expert. Станция инженерного сопровождения систем автоматического регулирования» имеют возможность воспользоваться несложной методикой, которая позволяет если и не решить всех проблем, порожденных многомерностью САР, то значительно облегчить процедуру настройки регуляторов в ней.
|
