РАН – Регулирование аналоговое

Код алгоритма 20.

Алгоритм РАН является основным в структуре регулятора (рис. 8). Алгоритм используется при построении ПИД-регулятора, имеющего аналоговый выход.

Рис. 8. Структура алгоритма РАН

Х1 – задание; Х2 – значение регулируемой величины; Км – коэффициент масштабирования; Тф – постоянная экспоненциального фильтра; DХ – зона нечувствительности; Кп – коэффициент пропорциональности; Ти – время интегрирования; Кд – коэффициент дифференцирования; Xmin, Xmax – ограничения сигнала регулирования по минимуму и максимуму; Y – выход регулятора; Ye – величина рассогласования (e₁); e₁ – рассогласование до зоны нечувствительности; ε2 – величина рассогласования после зоны нечувствительности; Dmax, Dmin – признак выхода сигнала регулирования или за верхнюю границу (Xmax), или за нижнюю границу (Xmin). Алгоритм будет правильно работать, только если Хmax > Хmin.

Узел автонастройки коэффициентов регулятора: Кп, Ти и Кд. При дискретном сигнале на входе Снас = 1 алгоритм РАН переходит в режим настройки, и в замкнутом контуре регулирования устанавливаются автоколебания. Параметры этих колебаний (амплитуда и период), которые контролируются на выходе Yе, используются для определения параметров настройки регулятора (методика настройки приведена в описании алгоритма автонастройки АНР). Для перехода в режим работы устанавливается сигнал Снас = 0. Необходимо отметить, что существуют более эффективные методы нахождения настроек регулятора.

Функциональная схема алгоритма содержит несколько звеньев: фильтр, сумматор, звено, реализующее зону нечувствительности, сам ПИД-регулятор, ограничение на сигнал регулирования. Звено, выделяющее сигнал рассогласования, суммирует два входных сигнала, при этом один из сигналов масштабируется, фильтруется и инвертируется. Сигнал рассогласования (без учета фильтра) равен e1 = X1 – Kм · X2.

Назначение и оценка зоны нечувствительности

Если модуль рассогласования меньше зоны нечувствительности, то на вход регулятора поступает ноль, поэтому управляющий сигнал не изменяется, ИМ сохраняет неизменное положение. В контроллере Р-130 модуль рассогласования сравнивается с половиной зоны нечувствительности. Таким образом, зона нечувствительности исключает напрасную работу регулятора по отработке случайных и малых рассогласований.

Очень важно правильно установить величину зоны нечувствительности (DX). Величина зоны нечувствительности зависит от погрешности измерительного канала и может быть оценена по формуле DX » 3s_и, где s_и – погрешность измерительного канала Y1. Вначале погрешность измерительного канала может оцениваться по паспортным данным устройств измерительного канала. Зона нечувствительности задается пользователем в единицах регулируемой величины. Устройствами измерительного канала могут быть: датчик, нормирующий преобразователь, АЦП. Кроме того, учитывают методическую погрешность получения десятичного числа. Величина зоны нечувствительности не зависит от рассогласования[12]. Для оценки зоны нечувствительности в режиме реального времени рассчитывают среднеквадратическое отклонение по регулируемому параметру, и если оно больше погрешности измерительного канала s_и, то при оценке зоны нечувствительности берётся среднеквадратическое отклонение [27, с. 24-25]. Алгоритм формирования величины рассогласования при наличии зоны нечувствительности приводится ниже.

Обозначим величину рассогласования до зоны нечувствительности регулятора через e₁, а после зоны нечувствительности – через e₂ (рис. 8).

Значение e₂ поступает в регулятор. Если модуль рассогласования e₁ меньше зоны половины[13] нечувствительности DX/2, то в регулятор поступает рассогласование e₂, равное нулю. То есть, если ½e1_i½ = ½ Хздн – Y1i ½ £ DX/2, то e₂ = 0. Если ½e1_i½ > DX/2, то e₂ = (½e1_i½ – DX/2) sign(e1). Sign(e1) – функция знака.

РУЧ – Ручное управление

Код алгоритма РУЧ — 26.

При нажатии на лицевой панели (ЛП, см. приложение М) контроллера клавиши (ручной режим) на ЛП Р-130 на 2-м выходе алгоритма устанавливается «1», то есть Dруч = 1. Сигнал Dруч = 1 снимается нажатием клавиши . Комбинация клавиш + D формирует на 3-м выходе алгоритма РУЧ единичный сигнал Dдист = 1. Нажатие клавиш + Ñ отменяет дистанционный режим, то есть Dдист = 0. Все эти операции возможны, если вход 6 алгоритма ОКО соединён с первым выходом алгоритма РУЧ. чтобы можно было переключаться в дистанционный режим, необходимо установить в алгоритме ОКО значение модификатора равное трём. По умолчанию, при вызове алгоритма ОКО модификатор равен нулю. В этом случае невозможно перейти в дистанционный режим (см. описание алгоритма ОКО в [25]). Структура алгоритма РУЧ приведена на рис. 9.

Рис. 9. Структура алгоритма РУЧ

Сруч – команда переключения на ручной режим; Хк – входной сигнал с регулятора РАН; Хдст – сигнал дистанционный; У – основной выход; Dруч – признак ручного режима; Dдист – признак дистанционного режима; П1, П2 – переключатели; РУ – ручное управление; ДУ – дистанционное управление; ЛУ – локальное управление или автоматическое управление; КУ – каскадное управление.

В автоматическом режиме узел ручного управления при аналоговом регуляторе отслеживает текущее значение выходного сигнала Y (Уо = У(к)), а при импульсном регуляторе обнуляется. Благодаря этому, переход на ручное управление, как для аналогового, так и для импульсного регулятора выполняется безударно. Алгоритм может быть отключен внешней командой отключения, поступившей на каскадный выход Y. Независимо от установленных режимов управления эта команда вместе с значением начальных условий Y₀ через входы Х и Хдст передаётся предвключенным алгоритмам, т.е. команды идут в обратном направлении. Такую ситуацию назвали процедурой обратного счета. При включении, выключении и переключении контуров приходится принимать специальные меры, чтобы избежать резких скачков (ударов) в отслеживаемых сигналах. Пересчет выполняется в обратном направлении (с выхода на вход), чем и объясняется название процедуры. С процедурой обратного счета мы уже встречались в алгоритме ЗДН.

Кроме того, в ручном режиме узел ручного управления при аналоговом регуляторе отслеживает значение начальных условий Y0. Алгоритм не реагирует на команду запрета, поступившую на выход Y, но передаёт эту команду через вход Х (в режимах КУ, ЛУ) или вход Хдст (в режиме ДУ) предвключенным алгоритмам [13]. При переходе из автоматического режима регулирования на ручное управление сигнал регулирования на выходе алгоритма РУЧ сохраняется неизменным. В алгоритме РУЧ имеется свой задатчик, то есть память. Поэтому даже при отключении регулятора на выходе алгоритма РУЧ сигнал не сбрасывается, а сохраняется предыдущее значение, которое шло с регулятора РАН и складывалось с опорным сигналом алгоритма РУЧ. До алгоритма РУЧ сигнал регулирования был в приращениях, а после алгоритма РУЧ принимает абсолютное значение, которое идёт на ИМ.

Алгоритм РУЧ может использоваться и без регулятора. В частности, с его помощью можно с лицевой панели вводить дискретные (Dруч, Dдист) сигналы и аналоговый сигнал. Например, алгоритм РУЧ используется в блоке циклической индикации (Приложение М), с целью формирования с лицевой панели регулирующей модели дискретного сигнала.