| |||||
МЕНЮ
| Управление техническими системами (лекции)p> % от установившегося значения. 3.2.2 Корневые показатели качества. К ним относятся: степень колебательности m, степень устойчивости ( и др. Не требуют построения переходных кривых, поскольку определяются по
корням характеристического полинома. Для этого корни полинома откладываются
на комплексной плоскости и по ним определяются: ( = min[pic], где Re(si) - действительная часть корня si. Степень колебательности может быть определена также по формуле: m = min [pic]. 3.2.3 Частотные показатели качества. Для определения частотных показателей качества требуется построение Запас (( определяется по точке пересечения АФХ с отрицательной действительной полуосью. Для определения (( строится окружность единичного радиуса с центром в начале координат. Запас (( определяется по точке пересечения с этой окружностью. По АЧХ замкнутой системы определяются показатели колебательности по заданию М и ошибке МЕ как максимумы соответственно АЧХ по заданию и АЧХ по ошибке. 3.2.4 Связи между показателями качества. Описанные выше показатели качества связаны между собой определенными соотношениями: [pic]; tp = [pic]; [pic]; M = [pic]. 4. Настройка регуляторов. 4.1. Типы регуляторов. Для регулирования объектами управления, как правило, используют
типовые регуляторы, названия которых соответствуют названиям типовых
звеньев: WП(s) = K1. Принцип действия заключается в том, что он вырабатывает управляющее
воздействие на объект пропорционально величине ошибки (чем больше ошибка е,
тем больше управляющее воздействие u). WИ(s) = [pic]. Управляющее воздействие пропорционально интегралу от ошибки. WД(s) = K2 s. Генерирует управляющее воздействие только при изменении регулируемой веричины: u = K2[pic]. На практике данные простейшие регуляторы комбинируются в регуляторы
вида: WПИ(s) = K1 + [pic].
WПД(s) = K1 + K2 s. 6) ПИД-регулятор. WПИД(s) = K1 + [pic] + K2 s. Наиболее часто используется ПИД-регулятор, поскольку он сочетает в себе достоинства всех трех типовых регуляторов. 4.2. Определение оптимальных настроек регуляторов. Регулятор, включенный в АСР, может иметь несколько настроек, каждая из которых может изменяться в достаточно широких пределах. При этом при определенных значениях настроек система будет управлять объектом в соответствии с технологическими требованиями, при других может привести к неустойчивому состоянию. Поэтому стоит задача определить настройки, соответствующие устойчивой системе, но и выбрать из них оптимальные. Оптимальными настройками регулятора называются настройки, которые
соответствуют минимуму (или максимуму) какого-либо показателя качества. Однако, изменяя настройки таким образом, чтобы увеличить степень затухания, мы можем прийти к слишком большому времени регулирования, что нецелесообразно. И наоборот, стремясь уменьшить время регулирования, мы получаем более колебательные процессы с большим значением (. Зависимость ( от tp в общем случае имеет вид, изображенный на графике (см. рис. 1.42). Поэтому для определения оптимальных настроек разработан ряд математических методов, среди которых метод D-разбиения. Кривой D-разбиения называется кривая в плоскости настроек регулятора, которая соответствует определенному значению какого-либо показателя качества. Например, требуется обеспечить степень затухания ( ( (зад. Имеется
формула, связывающая ( со степенью колебательности m: [pic]. Далее строится
кривая D-разбиения равной степени колебательности m. Последовательность
построения: Re(() = 0 Im(() = 0 Данная система имеет несколько неизвестных: ( и настройки регулятора. 4) Далее, изменяя ( от 0 до ( эта система решается относительно настроек регулятора. Например, для ПИ-регулятора кривая D-разбиения может иметь вид представленный на рисунке 1.43. Оптимальные настройки соответствуют максимальному значению K0 (для ПИ- и ПИД- регуляторов) или K1 (для ПД-регулятора). Часть 2. Средства автоматизации и управления. 1. Измерения технологических параметров. 1.1. Государственная система приборов (ГСП). ГСП объединяет в себе все средства контроля и регулирования
технологических процессов. Характерной особенностью ГСП является: Содержит три ветви: 1) гидравлическую, 2) пневматическую, 3) электрическую. Блочно-модульный принцип характеризуется наличием отдельных модулей или блоков, выполняющих достаточно простую функцию. Этот принцип позволяет уменьшить номенклатуру средств автоматизации, упрощает ремонт и замену, уменьшает стоимость, позволяет реализовать принцип взаимозаменяемости. Унифицированные сигналы: 0 - 5 мА, 0 - 20 мА, 4 - 20 мА и др.; б) сигналы напряжения постоянного тока, например: 0 - 1 В, 0 - 10 В и др. Первичные приборы (датчики) могут преобразовывать измеряемый параметр в какой-либо унифицированный сигнал. Если же датчик выдает неунифицированный сигнал, то для приведения его к стандартному диапазону должен быть установлен соответствующий преобразователь. 1.2. Точность преобразования информации. Любые измерения сопровождаются погрешностями: Виды погрешностей: Абсолютная погрешность измерения – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Относительная погрешность измерения – отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеряемой величины. Относительная погрешность может быть выражена в процентах. Максимальная приведенная погрешность называется классом точности: [pic]. В зависимости от класса точности приборы делятся на эталонные 1.3. Классификация КИП. На нефтеперерабатывающих и химических производствах наиболее часто измеряемыми величинами являются температура, давление, расход и уровень. На них приходится около 80 % всех измерений. Остальную часть занимают электрические, оптические и др. измерения. При измерениях используются различные измерительные приборы, которые классифицируются по ряду признаков. Общей градацией является разделение их на приборы для измерения: механических, электрических, магнитных, тепловых и других физических величин. Классификация по роду измеряемой величины указывает, какую физическую величину измеряет прибор (давление Р, температуру Т, расход F, уровень L, количество вещества Q и т.д.). Исходя из признака преобразования измеряемой величины, измерительные приборы разделяют на приборы: а) непосредственной оценки; б) сравнения. По характеру измерения: стационарные и переносные. По способу отсчета измеряемой величины: показывающие, регистрирующие, суммирующие. 1.4. Виды первичных преобразователей. Первичные приборы или первичные преобразователи предназначены для
непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину,
удобную для измерения или использования. Различают генераторные,
параметрические и механические преобразователи: 1.5. Методы и приборы для измерения температуры. 1.5.1 Классификация термометров. Температура вещества - величина, характеризующая степень нагретости, которая определяется внутренней кинетической энергией теплового движения молекул. Измерение температуры практически возможно только методом сравнения степени нагретости двух тел. Для сравнения нагретости этих тел используют изменения каких-либо физических свойств, зависящих от температуры и легко поддающихся измерению. По свойству термодинамического тела, используемого для измерения
температуры, можно выделить следующие типы термометров: 1.5.2 Термометры расширения. Жидкостные стеклянные. Тепловое расширение жидкости характеризуется сравнительным коэффициентом объемного расширения, значение которого определяется как [pic], 1/град, где V0, Vt1, Vt2 - объемы жидкости при 0 (С, температурах t1 и t2 соответственно. Чувствительность термометра зависит от разности коэффициентов объемного расширения термометрической жидкости и стекла, от объема резервуара и диаметра капилляра. Чувствительность термометра обычно лежит в пределах 0,4…5 мм/(С (для некоторых специальных термометров 100…200 мм/(С). Для защиты от повреждений технические термометры монтируются в металлической оправе, а нижняя погружная часть закрывается металлической гильзой. 1.5.3 Термометры, основанные на расширении твердых тел. К этой группе приборов относятся дилатометрические и биметаллические
термометры, основанные на изменении линейных размеров твердых тел с
изменением температуры. [pic], 1/град, где l0, lt1, lt2 - линейные размеры тела при 0 (С, температурах t1 и t2 соответственно. В силу того, что (( мала, дилатометрические термометры применяются в
качестве различного рода тепловых реле в устройствах сигнализации и
регулирования температуры. Биметаллические термометры обеспечивают изменение температуры с относительными погрешностями 1 - 1,5 %. 1.5.4 Газовые манометрические термометры. В основу принципа действия манометрического термометра положена зависимость между температурой и давлением термометрического (рабочего) вещества, лишенного возможности свободно расширяться при нагревании. Манометрические термометры обычно включают в себя термобаллон, капиллярную трубку и трубчатую пружину с поводком, зубчатым сектором и стрелкой. Вся стистема заполняется рабочим веществом. При нагревании термобаллона, установленного в зоне измеряемой температуры, давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления воспринимается манометрической пружиной, которая воздействует через передаточный механизм на стрелку или перо прибора. Газовые манометрические термометры основаны на зависимости температуры и давления газа, заключенного в герметически замкнутой термосистеме. Достоинства: шкала прибора практически равномерна. Недостатки: сравнительно большая инерционность и большие размеры термобаллона. 1.5.5 Жидкостные манометрические термометры. В качестве манометрической жидкости в приборах этого типа применяется метиловый спирт , ксилол, толуол, ртуть и т.д. Жидкостные манометрические термометры имеют равномерную шкалу. 1.5.6 Конденсационные манометрические термометры. Конденсационные манометрические термометры реализуют зависимость упругости насыщенных паров низкокипящей жидкости от температуры. Поскольку эти зависимости для используемых жидкостей (хлористый метил, этиловый эфир, хлористый этил, ацетон и др.) нелинейны, следовательно, и шкалы термометров неравномерны. Однако, эти приборы обладают более высокой чувствительностью, чем газовые жидкостные. 1.5.7 Электрические термометры. Принцип действия этого типа термометров основан на зависимости термо-ЭДС (ТЭДС) цепи от изменения температуры. В термоэлектрической цепи, состоящей из двух проводников А и В (см. рис. 2.1) возникают 4 различные ТЭДС: 2 ТЭДС в местах спаев проводников А и В, ТЭДС на конце проводника А и ТЭДС на конце проводника В. Суммарная ТЭДС, возникающая при нагреве спаев проводников до температур t и t0: EAB(t t0) = eAB(t) + eBA(t0), где eBA и eAB - ТЭДС, обусловленная контактной разностью потенциалов и разностью температур концов А и В. ТЭДС EAB(t t0) является функцией от температуры горячего спая t при условии постоянства температуры холодного спая t0. Термопары градуируются при определенной постоянной температуры t0 EAB(t t0) = EAB(t t0’) + EAB(t0’t0). Поправка EAB(t0’t0) равна ТЭДС, которую развивает данная термопара при температуре горячего спая t0’ и градуировочном значении температуры холодных спаев. Поправка берется положительной, если t0’ > t0 и отрицательной, если t0’ < t0. Величина поправки может быть взята из градуировочной таблицы. Конструктивное исполнение термопар разнообразно и зависит главным образом от условий их применения. При необходимости измерения небольшой разницы температур или получения большой ТЭДС применяются дифференциальные термопары и термобатареи, представляющие собой несколько последовательно соединенных термопар. Компенсация изменения температуры холодных спаев термопар. Правильное измерение температуры возможно лишь при постоянстве температур свободных спаев t0. Оно обеспечивается с помощью соединительных проводов и специальных термостатирующих устройств. Соединительные провода в данном случае предназначены для переноса свободных концов термопары в зону с известной постоянной температурой, а также для подсоединения свободных концов термопары к зажимам измерительных приборов. Соединительные провода должны быть термоэлектрически подобны термоэлектродам термопары. Как правило, соединительные провода для термопар, изготовленных из неблагородных металлов, выполняются из тех же самых материалов, что и термоэлектроды. Исключение составляет хромель-алюмелевая термопара, для которой с целью уменьшения сопротивления линии в качестве соединительных проводов применяется медь в паре с константаном. Градуировки термопар: ХА - хромель-алюмелевые; ХК - хромель-
копелевые; Требования к термопарам: Таблица 2.1 - Материалы, используемые для изготовления термопар. Методы и средства для измерения ТЭДС: 1.5.8 Термометры сопротивления. Измерение температуры термосопротивлениями основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Вид функции R = f(t) зависит от природы материала. Для изготовления чувствительных элементов серийных термосопротивлений применяются чистые металлы, к которым предъявляются следующие требования: а) металл не должен окисляться или вступать в химические реакции с измеряемой средой; б) температурный коэффициент электрического сопротивления металла ( должен быть достаточно большим и неизменным; в) функция R = f(t) должна быть однозначна. Наиболее полно указанным требованиям отвечают: платина, медь, никель, железо и др. Основной недостаток термосопротивлений: большая инерционность (до 10 мин.). Для измерения температуры наиболее часто применяются термосопротивления типов ТСП (платиновые) и ТСМ (медные). 1.5.9 Пирометры излучения. Пирометры излучения основаны на использовании теплового излучения нагретых тел. Верхний предел измерения температуры пирометра излучения практически не ограничен. Измерение основано на бесконтактном способе, поэтому отсутствует искажение температурного поля, вызываемого введением преобразовательного элемента прибора в измеряемую среду. Возможно измерение температуры пламени и высоких температур газовых потоков при больших скоростях. Лучистая энергия выделяется нагретым телом в виде волн различной длины. При сравнительно низких температурах (до 500 (С) нагретое тело испускает инфракрасные лучи. По мере повышения температуры цвет тела от темно-красного доходит до белого. Возрастание интенсивности монохроматического излучения с повышением температуры описывается соответствующими уравнениями. 1.5.10 Цветовые пирометры. В цветовых пирометрах определяется отношение интенсивности излучения
реального тела Е( в лучах с двумя заранее выбранными значениями длины волны 1.6. Вторичные приборы для измерения разности потенциалов. Для измерения ТЭДС в комплектах термоэлектрических термометров применяются пирометрические милливольтметры и потенциометры. В потенциометрах, в отличие от милливольтметров, используется компенсационный метод измерения. 1.6.1 Пирометрические милливольтметры. |
ИНТЕРЕСНОЕ | |||
|