Комбинированный регулятор с переменной структурой
На рис. 19 представлена структура комбинированного регулятора. Суть этого регулирования заключается в том, что закон регулирования включает два принципа регулирования: по отклонению и по возмущению. Синтез систем с компенсацией возмущения рассматривается в различных монографиях [15, 16, 35 (с. 223-229), 19 (с. 326-339), 94, 98, 99]. Автор обращает внимание читателей на безударные переключения режимов работы комбинированного регулятора.
Рис. 19. Структура комбинированного регулятора
F – возмущение; Fi – текущее значение контролируемого возмущения; Fo – начальное (базовое) значение возмущения, которое формируется в момент включения регулятора или перехода из ручного режима в автоматический; Ux – выход регулятора по отклонению; UF – выход регулятора по возмущению; Ue1 – выход регулятора по отклонению; DF – зона нечувствительности по каналу возмущения; КF – коэффициент компенсации возмущения F; Fо – начальное (базовое) значение контролируемого возмущения перед переключением регулятора в автоматический режим; Х – регулируемая величина; Хздн – значение задания регулятору; Wp (P) – передаточная функция регулятора; Wоу (Р) – передаточная функция объекта управления.
Базовое значение формируется в момент включения регулятора в автоматический режим. Выражение формируемого возмущения будет иметь вид 
, а не КF, как обычно приводят в литературе. Fi – величина контролируемого возмущения. Кроме того, автор считает, что в регуляторе может использовать косвенный параметр. Например, при регулировании температуры воды на выходе теплообменника Х возмущение может вызвать не столько расход холодной воды перед теплообменником, сколько теплота, которую несёт возмущение F. То есть в качестве F может выступать произведение расхода на температуру и на теплоёмкость.
Если применяется комбинированный закон регулирования: по отклонению и по контролируемому возмущению [22], то необходимо обеспечить безударность перехода с ручного режима управления на автоматический как по каналу отклонения, так и по каналу контролируемого возмущающего воздействия. В этом случае базовое значение Fо, формируемое в момент включения регулятора в автоматический режим, равно текущему значению возмущения Fо = Fi. Значение управления по возмущению будет определяться по формуле . В ручном режиме работы включается режим слежения по обоим каналам: по каналу отклонения Хздн = Xi и по каналу возмущения F0 = Fi. По каналу отклонения и возмущения устанавливается своя зона нечувствительности (DX и DF). Величина зоны нечувствительности зависит от погрешности измерительного канала и может быть оценена по формуле
DX » 3sx; DF » 3sF,
где sx – погрешность измерительного канала; sF – погрешность канала возмущения.
Рассмотрим ситуацию, которая может привести к возникновению удара. Это ступенчатое изменение задания регулятору. Например, при регулировании расхода жидкости недопустимо резкое прикрытие отверстия между седлом и затвором исполнительного механизма. При ступенчатом уменьшении задания ПИ-регулятору исполнительный механизм начнёт сразу отрабатывать пропорциональную и интегральную составляющие. Резкое перекрытие потока жидкости может вызвать гидравлический удар. Рассмотрим другой случай: регулирование соотношения газ/воздух перед горелкой газовой печи. Резкое увеличение расхода воздуха может привести к срыву пламени после горелки. С целью исключения таких моментов следует предусмотреть в алгоритме возможность плавного изменения задания регулятору. При этом оператор может вводить задание ступенчато. Для реализации плавного перехода с одного задания на другое в алгоритм регулятора вводят признак плавного перехода с одного значения задания на другое. В контроллере Р-130 этот признак назвали «динамической балансировкой». Статическая и динамическая балансировки устанавливаются в алгоритме ЗДН (рис. 7).
На рис. 20 представлена программа (COMBR-2.REM) на языке FBD комбинированного регулятора с переменной структурой; алгоритмы, с помощью которых реализован комбинированный регулятор. Регулятор по отклонению реализован в следующих алгоблоках: 7, 8, 9 и 10. Регулятор по возмущению реализован включает алгоблоки: 14, 15, 16 и 17. В алгоблоках 11, 13, 20, 21 и 22 реализуется алгоритм безударного подключения или отключения регулятора по возмущению. Под переменной структурой в этом регуляторе понимается следующее. В процессе работы возможно изменение структуры регулятора. Можно к регулятору по отклонению и подключить регулятор по возмущению, тогда получим комбинированный регулятор. Следует отметить, что эти переключения происходят безударно.
В обоих регуляторах предусмотрена зона нечувствительности. С помощью алгоритма слежения СЛЗ, алгоблок 14, осуществляется первоначальное безударное подключение регулятора по возмущению. Хотя, как было указано в работе [27, с. 80-82], одного одновибратора (ОДВ) не достаточно для реализации безударного подключения регулятора по возмущению.
Программу, представленную на рис. 20, можно упростить. Кроме того, в программе имеется техническая ошибка, суть которой была раскрыта в пособии [27, с. 82]. Автор предлагает упростить программу и устранить ошибку. Эти небольшие ошибки должны исключить слепое копирование программ.
Рис. 20. Программа комбинированного регулятора
В табл. 5 приведена расшифровка алгоритмов, использованных в программе (рис. 20).
Таблица 5
| Номер алгоблока | Шифр алгоритма | Комментарии |
| ОКО | Алгоритм оперативного контроля позволяет контролировать все параметры регулятора по отклонению. | |
| ОКО | Контроль параметров регулятора по отклонению. | |
| ВАА | Ввод аналоговых сигналов по группе А (X и F). | |
| МСШ | Алгоритм масштабирования. Используется в качестве промежуточного клеммника. | |
| ЗДН | Алгоритм формирования задания регулятору по отклонению. | |
| ОГР | Алгоритм ограничения вводимого задания. | |
| РАН | Регулятор аналоговый стандартный (ПИ-регулятор по отклонению). На выходе регулятора имеем сигнал Ux. |
Окончание таблицы 5
| РУЧ | Алгоритм ручного управления. Служит для отключения регулятора по отклонению и перехода на ручной[16] режим регулирования. | |
| ОДВ | Одновибратор предназначен для формирования единичного импульса после загрузки программы в память контроллера. | |
| ИЛИ | Объединяет признаки выхода сигнала регулирования Ux за границы, установленные в РАН. | |
| МИЛ | Многовходовое ИЛИ. | |
| СЛЗ | Алгоритм слежения предназначен для безударного перехода с ручного режима в автоматический по каналу возмущения. | |
| РАН | П-регулятор по каналу возмущения. На выходе регулятора формируется сигнал UF. | |
| РУЧ | Алгоритм РУЧ для отключения регулятора по возмущению. | |
| СЛЗ | Алгоритм слежения предназначен для безударного отключения или включения регулятора по каналу возмущения. | |
| СМА | Сумматор предназначен для суммирования сигналов регулирования, поступающих с регулятора по отклонению и с регулятора по возмущению. (U∑ = Ux + UF) | |
| АВА | Алгоритм выдачи сигнала регулирования U∑ на исполнительный механизм. | |
| ВДБ | Алгоритм ввода дискретных сигналов по группе Б. По первому каналу вводится команда подключить регулятор по возмущению («1») или отключить («0»). | |
| ИЛИ | Объединяет команду подключения регулятора по возмущению, поступающую через УСО (например, с имитатора), с такой же командой, но подаваемой с ПЭВМ (с АРМа оператора). | |
| ТРИ | Триггер. Запоминается команда подключения регулятора по возмущению. |
Имя программы: COMBR-2.rem
Дата создания отчета: 06/06/2009 (С.А.В.).
СИСТЕМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ:
Системный номер контроллера: 2.
Модель контроллера: Регулирующая.
Временной диапазон контроллера: Младший (Cек/Мин).
Время цикла: 0,2 сек.
АЛГОРИТМЫ И КОНФИГУРАЦИЯ:
Таблица 6
| Ал. б. | Алгоритм | Мод | МВ | Вход | Тип | Значение | Источник |
| N Имя | Ал. б. / Выход | ||||||
| ОКО (01) | – | ||||||
| 1 Xздн | 7/1 (Хздн) | ||||||
| 2 Xi | 6/1 (X) | ||||||
| Продолжение таблицы 6 | |||||||
| 3 W0 | |||||||
| 4 W100 | |||||||
| 5 Ex | 9/2 (Ex) | ||||||
| 6 Xруч | 10/1 (Ux) | ||||||
| 7 Xвр | 10/1 (Ux) | ||||||
| 8 Z | 18/1 (Usum) | ||||||
| 9 Nz | |||||||
| 10 Nок | 12/1 (D1) | ||||||
| ОКО (01) | – | ||||||
| 1 Xздн | 14/2 (F0) | ||||||
| 2 Xвх | 6/2 (F) | ||||||
| 3 W0 | |||||||
| 4 W100 | |||||||
| 5 EF | 15/2 (EF) | ||||||
| 6 Xруч | 16/1 (UF) | ||||||
| 7 Xвр | 17/2 (UF) | ||||||
| 8 Z | 18/1 (Usum) | ||||||
| 9 Nz | |||||||
| 10 Nок | |||||||
| ВАА (07) | – | ||||||
| 1 Xc1 | |||||||
| 2 Km1 | |||||||
| 3 Xc2 | |||||||
| 4 Km2 | |||||||
| МСШ (55) | – | ||||||
| 1 X | 5/1 (X) | ||||||
| 2 Kм1 | |||||||
| 3 F | 5/2 (F) | ||||||
| 4 Kм2 | |||||||
| ЗДН (24) | М | ||||||
| 1 Сб = 1 | |||||||
| 2 Сдб | |||||||
| 3 V = 10 | |||||||
| 4 Xвн | |||||||
| ОГР (48) | – | – | |||||
| 1 X | 7/1 (Xздн) | ||||||
| 2 100 | |||||||
| 3 Xн = 0 | |||||||
| РАН (20) | – | М | ПИ-регулятор | ||||
| 1 X1 | 8/1 (Xздн) | ||||||
| 2 X2 | 6/1 (Xi) | ||||||
| 3 Kм | |||||||
| 4 Tф = 3 | |||||||
| 5 DX | |||||||
| 6 Kп = 2 | |||||||
| 7 T = 10 | |||||||
| 8 Кд | |||||||
| Продолжение таблицы 6 | |||||||
| 9 Xmax | |||||||
| 10 Xmin | |||||||
| РУЧ (26) | – | – | |||||
| 1 Сруч | |||||||
| 2 Ux | 9/1 (Ux) | ||||||
| 3 Xдст | |||||||
| ОДВ (83) | – | М | |||||
| 1 Cп = 1 | |||||||
| 2 Ссбр | |||||||
| 3 T = 2 | |||||||
| ИЛИ (72) | – | ||||||
| 1 C11 | 9/3 (Dmax) | ||||||
| 2 С21 | 9/4 (Dmin) | ||||||
| МИЛ (73) | – | ||||||
| 1 C1 | 11/1 (D) | ||||||
| 2 C2 | 10/2 (Dруч) | ||||||
| 3 C3 | 16/2 (Dруч) | ||||||
| СЛЗ (64) | – | ||||||
| 1 Ccл | 13/1 (D) | ||||||
| 2 F | 6/2 (F) | ||||||
| 3 X2 | Резерв | ||||||
| РАН (20) | – | М | П-регулятор | ||||
| 1 F | 6/2 (F) | ||||||
| 2 F0 | 14/2(F0) | ||||||
| 3 Kм | |||||||
| 4 Tф | |||||||
| 5 DF | |||||||
| 6 Kп = 1 | |||||||
| 7 Tи | INF 9999 | ||||||
| 8 Кд = 0 | |||||||
| 9 Xmax | |||||||
| 10 Xmin | |||||||
| РУЧ (26) | – | – | |||||
| 1 Сруч | |||||||
| 2 UF | 15/1(UF) | ||||||
| 3 Xдст | |||||||
| СЛЗ (64) | – | ||||||
| 1 Ccл | 22/1 (D1) | ||||||
| 2 UF | 16/1 (UF) | ||||||
| 3 X2 | Резерв | ||||||
| СМА (43) | – | ||||||
| 1 Xo | |||||||
| 2 X1 | 10/1 (Ux) | ||||||
| 3 Kм1 | |||||||
| 4 X2 | 17/2 (UF) | ||||||
| 5 Kм2 | |||||||
| АВА (11) | – |
Окончание таблицы 6
| 1 X1 | 18/1 (Usum) | ||||||
| 2 Xc1 | |||||||
| 3 Km1 | |||||||
| ВДБ (10) | – | ||||||
| ИЛИ (72) | 1 C11 | 20/1 (D1) | |||||
| 2 С21 | |||||||
| 3 C12 | инверсия | 20/1 (D1) | |||||
| 4 С22 | |||||||
| ТРИ (76) | – | ||||||
| 1 Cs1 | 21/1 (D1) | ||||||
| 2 Cr1 | 21/2 (D2) |