캐스케이드 규제. 제어 키트 캐스케이드 컨트롤러 E8.4401, KROMSCHRODER 캐스케이드 PID 컨트롤러

본 발명은 자동제어 분야에 관한 것이다. 기술적 결과는 물체나 부하의 매개변수를 변경할 때 속도를 높이고 오버슈트를 줄이는 것뿐만 아니라 컨트롤러 매개변수의 설정을 계산하는 절차를 단순화하는 것으로 구성됩니다. 기술적 결과는 물체의 부하에 따라 평균 위치를 갖는 적응형 3위치 컨트롤러가 내부 회로에 사용된다는 사실로 인해 달성됩니다. 또한, 내부 루프 조절기의 동작 결과에 따라 내부 또는 내부의 제어 동작을 제어 장치를 이용하여 대상물에 연결시킨다. 외부 레귤레이터. 보조 매개변수가 기준 영역을 벗어나면 내부 제어 루프가 작동하고, 영역으로 돌아오면 외부 제어 루프가 켜지고 내부 루프가 꺼집니다. 이 경우, 외부 레귤레이터의 출력 신호의 적분 성분은 내부 레귤레이터에 의해 형성되며, 내부 회로가 꺼진 순간의 3포지션 레귤레이터의 평균 위치 신호 값과 동일하다. 외부 조정기 작동으로의 충격 없는 전환과 내부 회로의 강력한 릴레이 제어 동작 형성은 주 매개변수에 대한 더 높은 품질의 조정을 제공합니다. 외부 및 내부 회로의 시간 독립적인 작동을 통해 단일 회로 시스템에서 조정기 설정을 계산하는 데 잘 알려진 엔지니어링 방법을 사용할 수 있습니다. 2 병.

제안된 장치는 자동 제어 분야에 관한 것이며 분산 매개변수가 있거나 최소 두 개의 조정 가능한 매개변수와 하나의 제어 동작이 있는 객체에 대한 자동 제어 시스템에 사용할 수 있습니다. 전통적인 캐스케이드 제어 회로는 그림 1과 같은 구조를 갖는다. 1. 기술 제어 개체(TOU)에는 두 가지 조정 가능한 매개변수가 있습니다. 조절의 목표인 주 Y1과 주 매개변수의 조절 품질을 향상시키는 데 사용되는 보조 Y2입니다. 주요 매개 변수 -Y1의 조절은 입력 명령 신호 Y1 건물, 외부 (선행, 수정) 조절기 R1 및 외부의 출력 신호를 제한하는 기능 블록 O max 및 O min을 포함하는 외부 회로에 의해 수행됩니다. 레귤레이터는 위에서 아래로. 보조 매개변수 Y2는 내부(슬레이브, 안정화) 조정기 R2를 포함하는 내부 회로에 의해 조정됩니다. 이를 위해 Y2 명령 신호는 내부(슬레이브) 레귤레이터와 관련하여 마스터인 외부 레귤레이터의 조절 영향입니다. 후자인 R2는 주 매개변수 Y1과 보조 매개변수 Y2에 공통된 입력에서 액추에이터(AD)를 통해 객체에 대한 제어 동작을 생성합니다. 외부 및 내부 회로의 주 및 보조 매개변수에 대한 신호는 각각 센서 D1 및 D2에 의해 생성되고 태스크 신호 Y1 빌딩 및 Y2 빌딩과의 비교를 위해 각각 비교 요소 ES1 및 ES2에 공급됩니다. 이러한 캐스케이드 시스템의 타당성(효율성)에 대한 조건은 주 Y1에 비해 보조 매개변수 Y2의 채널을 따라 물체의 관성이 적다는 것입니다. 열 교환기 출구의 온도 조절기 설정을 수정하여 반응기의 계단식 온도 조절을 위한 알려진 방법이 있습니다(참조: 자동제어 화학 산업: 대학 교과서. 에드. E.G.Dudnikova. -M.: 화학, 1987, p. 42 - 43, 그림. 1.22). 이 방식에서는 내부 회로는 열교환기 출구의 자동 온도 조절 시스템이고, 외부 회로는 반응기 내부의 온도이다. 조절 효과 - 열 교환기의 입력에 증기 흐름이 공급됩니다. 두 개의 장치(열교환기와 반응기)와 파이프라인을 포함하는 제어 채널은 관성이 높은 복잡한 시스템입니다. 물체는 증기 압력과 엔탈피, 반응 혼합물의 온도와 유속, 반응기의 열 손실 등 시스템의 여러 지점에 도달하는 여러 교란의 영향을 받습니다. 증기 압력에 교란이 있으면 내부 회로 조절기는 열교환기 출구의 설정 온도를 유지하도록 제어 밸브의 개방 정도를 변경합니다. 반응 혼합물의 유량에 교란이 있으면 반응기의 온도가 발생하고 결과적으로 열 교환기 온도 조절기가 설정되어 제어 밸브의 개방 정도가 다시 회복되도록 변경됩니다. 반응기 및 열교환기의 온도. 주요 매개변수의 조절 정확도에 대한 요구 사항에 따라 비정적(I, PI) 조정기가 외부 루프에 사용되며 고속 고정, 일반적으로 P 또는 PD 조정기가 내부 루프에 사용됩니다. 이러한 캐스케이드 제어 시스템의 단점은 아날로그 유형 조정기를 사용하고 관련 회로 솔루션이 복잡하다는 것입니다. 즉, 위와 아래에서 외부(선행) 조정기의 수정 신호를 제한하는 특수 기능 블록이 포함된다는 것입니다. 이 때문에 고려된 캐스케이드 제어 시스템은 제어 대상이나 부하의 매개변수를 변경할 때 성능이 상대적으로 낮고 역학에서 큰 오버슈트가 발생하는 특징이 있습니다. 규제의 질이 부족함. 이러한 캐스케이드 시스템의 또 다른 단점은 각 회로에 대해 개별적으로 반복 절차를 사용해야 하기 때문에 컨트롤러의 튜닝 매개변수를 계산하는 것이 복잡하다는 점입니다(컨트롤러 중 하나를 튜닝할 때 다른 컨트롤러에는 아직 정의되지 않은 최적 매개변수가 포함되어 있음). 본 발명의 목적은 물체나 부하의 매개변수를 변경할 때 성능을 높이고 과잉 조절을 줄이는 것뿐 아니라 컨트롤러 매개변수의 설정을 계산하는 절차를 단순화하는 것입니다. 이 작업은 내부 루프 컨트롤러에 대한 보조 매개변수의 상위 Y2"" 및 하위 Y2" 허용 값을 설정하기 위한 신호를 설정하고 주어진 간격으로 비정적 외부 루프 컨트롤러에 대한 불일치 오류 E1을 결정함으로써 달성됩니다. 이 외부 조절기의 조절에 의해 결정된 아날로그 신호를 사용하여 이 간격으로 물체의 액추에이터를 통해 작동합니다. 보조 매개변수가 Y2 설정 영역을 벗어나는 경우"< Y2 < Y2"" с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа, со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра от заданных крайних значений интервала, а основного параметра - от заданного значения. Одновременно отключают от объекта управляющее воздействие внешнего астатического регулятора, формируя и сохраняя при этом его интегральную составляющую равную значению сигнала средней позиции трехпозиционного адаптивного регулятора, используемого в качестве регулятора внутреннего контура (см. авт. св. N 675399. Пневматический регулятор. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И. Бюл. 27 от 28.07.79). При возврате вспомогательного параметра в заданную зону одновременно отключают управляющее воздействие внутреннего регулятора и включают управляющее воздействие внешнего регулятора. Таким образом, при каждом выходе вспомогательного параметра из заданной зоны, управляющее воздействие на объект формируется лишь во внутреннем контуре, а при возврате его в заданную зону управляющее воздействие на объект формирует регулятор внешнего контура, обеспечивая стабилизацию основного параметра с заданной точностью. Иначе, в каждый момент времени объектом управляет лишь один из регуляторов: внутренний, если вспомогательный параметр Y2 вышел из зоны нечувствительности внутреннего регулятора, или внешний, когда Y2 находится в зоне. Управление работой регуляторов ведется по вспомогательному параметру Y2 (точнее по сигналу рассогласования E2 между Y2 и сигналами задания Y2" и Y2""), который в этом плане становится ведущим параметром объекта, т.е. параметром, который определяет логику работы управляющего устройства регуляторов, формирующего соответствующие управляющие воздействия на регуляторы, по сигналу рассогласования E2. Обеспечивая единовременную работу либо внешнего либо внутреннего регулятора, т.е. автономность работы внешнего и внутреннего контуров системы каскадного регулирования, благодаря их логическому переключению посредством управляющего устройства, отпадает необходимость в проведении сложной итерационной процедуры расчета настроек регуляторов, и появляется возможность использовать 알려진 방법 아날로그 및 위치 동작의 단일 회로 시스템 계산(예: Magergut V.Z., Vent D.P., Katser I.A. 엔지니어링 방법을 선택하고 산업 조절기의 최적 설정을 계산하는 방법. Novomoskovsk, NF RHTU, 1994. 158 p. 참조). 물체의 하중에 맞춰 평균 위치가 조정된 적응형 3위치 제어 방법의 내부 루프에 적용(저자 St. N 458812 참조. 자동 3위치 제어 방법. Magergut V.Z., Gimpelson V.G., Stalnov P.I., Belyaev Yu .V. Bull. 1975년 1월 30일) 한편으로는 강력한 릴레이 제어 동작을 형성하여 제어 시스템의 속도를 높이고 주요 매개 변수의 과잉 조절을 줄일 수 있습니다. 반면에 제어 동작이 부하 값과 대략적으로 일치하는지 확인하는 동시에 외부 회로의 통합 구성요소의 이 값을 모니터링하여 외부 회로의 제어 동작을 충격 없이 전환합니다. 조절기는 물체에 연결될 때 이 값으로 조절됩니다. 내부 회로의 컨트롤러는 작업에 따라가 아니라 해당 통합 구성 요소의 출력 신호에 따라 외부 회로의 컨트롤러에 작업을 제공함으로써 보조 회로의 순간에 외부 컨트롤러가 충격 없이 켜지도록 보장합니다. 물체 Y2의 매개변수는 내부 컨트롤러의 불감대에 들어가고 물체의 부하 값에 대한 제어 동작을 정밀하게 조정합니다. 그렇지 않으면 제안된 방법에서 내부 레귤레이터는 슬레이브가 된 외부 레귤레이터에 대한 리더가 된다. 이에, 물체의 보조 매개변수를 측정하여 단일 회로 제어 시스템을 이용하여 안정화시키고, 물체의 주요 매개변수를 비정적 단일 회로 제어 시스템을 이용하여 측정하여 안정화시킨 후, 캐스케이드 자동 제어 방법을 제안한다. 태스크 신호는 내부 루프의 컨트롤러에 대한 객체의 보조 매개변수의 상한 및 하한 허용값을 설정하고, 주어진 간격으로 불일치 오류를 결정하는 것을 특징으로 하는 내부 루프 조절기에 대한 태스크 신호 외부 루프의 정적 조절기의 조절 법칙에 의해 결정된 아날로그 신호를 사용하여 주어진 간격으로 객체의 액추에이터를 통해 작동하는 외부 루프의 정적 컨트롤러, 주어진 객체의 보조 매개 변수 출력에서 내부 루프 레귤레이터의 출력에서 ​​​​부호가있는 릴레이 유형 제어 동작이 액추에이터에 공급되어 대상의 보조 매개 변수가 상한 및 하한 허용 값과의 편차를 줄입니다. 객체 - 지정된 값에서 동시에 외부 루프의 정적 레귤레이터의 제어 동작이 꺼지고 내부 출력 신호의 평균 위치 수준에서 이 컨트롤러의 적분 구성 요소를 형성하고 저장합니다. 회로 컨트롤러; 개체의 보조 매개변수가 지정된 간격으로 돌아오면 내부 루프 조절기의 제어 동작이 동시에 꺼지고 외부 루프의 비정적 조절기의 제어 동작이 켜집니다. 제안한 방법을 그림으로 표현 기능 다이어그램그림에 표시됩니다. 2. 회로에는 기술 제어 개체 1, 외부 제어 루프 조정기 2 및 설정 포인터 3, 비교 장치 4, 내부 루프 조정기 5, 각각 상위 및 하위 레벨 설정점 6 및 7, 비교 장치 8이 포함되어 있습니다. , 제어 장치(9), 액츄에이터(11), 12개의 주요 및 보조 매개변수가 각각 있다. 캐스케이드 자동제어 방식은 다음과 같이 수행된다. 매개변수 Y1은 센서 11을 사용하여 지속적으로 측정되고 다음을 사용하여 안정화됩니다. 자동 조절기센서 12는 보조 매개변수 Y2를 지속적으로 측정하고 설정점 6과 7을 사용하여 이 매개변수의 상한 및 하한 레벨을 설정하기 위한 값이 형성됩니다. 3위치 적응형 컨트롤러(5)를 사용하면 이 매개변수의 값이 지정된 간격으로 자동으로 유지되어 액츄에이터(10)에 작용합니다. 제어 장치(9)는 내부 제어 루프의 불일치 오류 E2를 지속적으로 측정하고 크기와 크기에 따라 이 오류가 나타나면 내부 또는 외부 조정기에서 나오는 규제 조치를 켭니다. 보조 매개변수가 내부 회로 조정기(5)의 출력에서 ​​설정 영역을 벗어나면 릴레이 유형 제어 동작이 액츄에이터에 공급되며, 지정된 극단값에서 보조 매개변수의 편차를 줄이는 기호가 표시됩니다. 간격 및 지정된 값의 주요 매개변수입니다. 동시에, 제어 장치(9)는 외부 정적 조정기(2)의 제어 동작을 끄고, 3위치 적응 조정기(5)의 출력 신호의 평균 위치 레벨에서 적분 성분을 형성하고 유지한다. 제안된 캐스케이드 자동 제어 방법은 외부 및 내부 회로의 조정기가 균일하게 작동한 다음 조정기가 꺼지는 기간 동안 액추에이터(10)의 2개의 외부 루프를 공급하기 위해 컨트롤러(5)와 2의 출력 사이의 통신 채널을 사용합니다. 적응형 컨트롤러(5)의 평균 위치 신호를 컨트롤러(2)에 전달하여 컨트롤러(5)의 평균 위치 신호와 동일한 통합 구성요소를 형성합니다. 따라서 다방향 화살표로 표시된 채널을 따라 신호는 전달됩니다. 조절기 2의 출력에서 ​​액추에이터 10으로 또는 조절기 5(중간 위치 형성 링크에서)에서 조절기 2(조절기의 필수 구성 요소로)로 연결됩니다. 응용 프로그램을 고려해 봅시다 이 방법 다양한 알려진 캐스케이드 제어 시스템용. 따라서 아날로그 방법(반응기의 계단식 온도 제어)의 경우 제어 대상의 주요 매개변수는 반응기의 온도 T r이고 열 교환기 출구의 보조 온도 T t입니다. 후자의 경우 공칭 T t ""보다 크고 T t "보다 작은 두 가지 설정 값이 설정됩니다. 원자로의 경우 설정 온도 값 T rzd가 설정되고 기존 PI 컨트롤러에 의해 유지됩니다. 단일 루프 제어 시스템을 사용하면 온도가 벗어나면 원자로 T r은 열 교환기 출구의 공칭 온도 및 온도 T t의 설정 지점에서 동시에 벗어나고 후자는 영역을 벗어납니다. T t "" 또는 T t "의 값은 필요한 제어 정확도만큼 T rzd에서 T r의 편차보다 빠르게 발생합니다( 채널을 따라 물체의 낮은 관성으로 인해: 출구 온도 열 교환기 T t - 증기에 대한 제어 동작 Gn 및 해당 값 T t "" 및 T t "의 선택. 적응형 위치 컨트롤러가 활성화되어 Gn에 따라 물체에 대한 릴레이 제어 동작을 형성합니다(상위 Gn " "또는 더 낮은 Gn"은 T t를 영역으로 T rzd로 되돌리는 것을 목표로 합니다. 동시에 물체에 대한 위치 영향에 의해 이 조정기 Gn av의 새로운 평균 위치 값이 형성됩니다. 물체의 하중 값 또는 해당 매개변수의 동등한 변경. 이 새로운 값은 PI 컨트롤러의 통합 부분에서 모니터링되며, 내부 적응형 위치 컨트롤러를 통해 개체를 제어할 때 개체 제어와 연결이 끊어집니다. Tt가 영역에 진입하면 강력하고 빠른 위치 제어 동작으로 인해(프로토타입 방법에서 사용되는 PD 컨트롤러의 영향보다 더 강력하고 빠르기 때문에) Gn cp의 새로운 값으로의 전환이 발생합니다. 내부 루프 컨트롤러와 대신 개체 제어에 연결된 PI 컨트롤러에서, 즉 객체의 제어는 제어 동작의 새로운 값, 새로운 부하 값에 대한 평형(또는 근접)으로 시작됩니다. 후자는 T t가 해당 구역으로, T r이 T rzd로 빠르게 복귀하는 것과 함께 제안된 방법을 사용하여 규제 품질의 향상을 보장합니다. 자동 증류 중에 환류 응축기의 작동을 자동으로 조절하는 방법을 사용하는 두 번째 예를 고려해 보겠습니다. 성. N 971395. Magergut V.Z., Bebelis V.Ya., Maslennikov I.M. , 황소. 07.11.82부터 41. 물체는 출구 (주요 매개 변수)에서 온도 T d를 유지하는 데 필요한 담체입니다. 정확도를 높이기 위해 디플레메이터 하단의 Pd를 보조 매개변수로 사용하는 전통적인 캐스케이드 제어 방법이 제안되었습니다. 입구에. 제어 작용은 디플레메이터로 유입되는 냉매 흐름 Gx입니다. 이 시스템의 효율성을 높이기 위해 우리가 제안하는 방법을 사용할 수도 있습니다. 적응형 위치 제어를 기반으로 한 내부 회로의 경우 환류 응축기 입구에서 두 개의 압력 값인 P d "" 및 P d "를 각각 공칭 값보다 크고 작게 설정해야 합니다. 방법 첫 번째 예의 목적에 대해 고려한 것과 유사하게 작동할 것입니다. 내부 회로의 속도가 빠르고 더 강력해지며 동시에 새로운 평형을 찾는 방식으로 조정 품질이 향상됩니다. 각 제어 루프(외부 및 내부)의 작동 자율성으로 인해 조정기의 조정은 내부 조정기의 적응형 평균 위치의 새 값에 해당하는 제어 동작 값입니다. 첫 번째, 두 번째 예에서는 하나의 제어 동작으로 두 개의 조정 가능한 매개변수(주 및 보조)를 갖는 유사한 방식으로 프로토타입을 수정하는 것 및 업계에서 사용되는 다른 모든 자동 캐스케이드 제어 시스템보다 당연히 더 쉬울 것입니다. 제어 동작이 동시에 보조 매개변수가 아니라는 추가 조건이 있습니다. 현재 저자는 Tula 및 Ryazan 지역의 여러 기업(JSC ORGSINTEZ 및 NAC AZOT, JSC Klyuchany Distillery)에서 기존 자동 캐스케이드 제어 방법을 대체하고 여러 기업에 대해 제안된 방법을 독립적으로 구현하여 제안된 방법을 구현하고 있습니다. 모든 그에 따른 경제적 효과와 함께 물건의.

강의에서 다루는 문제:

1. 캐스케이드 ACS의 동등한 객체는 무엇입니까?

2. 캐스케이드 자동 제어 시스템의 효율성에 대한 설명.

3. 캐스케이드 ASR을 계산하는 방법.

4. 미분을 기반으로 추가 충격량을 사용하여 ASR을 계산합니다.

캐스케이드 제어 시스템은 컨트롤러 중 하나의 출력 신호가 다른 컨트롤러에 작업으로 전송되는 시스템입니다. 객체의 기본 및 보조 매개변수는 각각 입력 신호의 형태로 이러한 컨트롤러에 제공됩니다. 이 경우 메인 레귤레이터만 독립적인 설정을 갖습니다. 보조 컨트롤러의 출력 신호는 물체에 대한 규제 영향으로 제공됩니다. 일반적으로 물체의 고속 부분과 보조 조절기로 구성된 보조 폐쇄 제어 루프는 주 제어 루프 내부에 위치합니다. 그림 1.8.1은 캐스케이드 제어 시스템의 다이어그램을 보여줍니다. 캐스케이드 제어 시스템은 다음을 제공합니다.

1) 보조 제어 루프에 영향을 미치는 교란을 신속하게 보상합니다. 그 결과 이러한 교란으로 인해 주 매개변수가 설정 값에서 벗어나지 않습니다.

1 – 주 레귤레이터; 2 – 보조 조절기; 3, 4 - 물체의 빠르게 작용하는 부분과 느리게 작용하는 부분

그림 1 - 캐스케이드 제어 방식

2) 보조 제어 루프의 형성으로 인해 물체의 고속 부분에서 위상 변이가 크게 감소하여 메인 루프의 성능이 향상됩니다.

3) 보조 제어 루프의 전달 계수를 변경하여 물체의 고속 부분의 전달 계수 변화를 보상합니다.

4) 물체에 필요한 물질이나 에너지 공급

따라서 제어된 매개변수를 높은 정확도로 주어진 값으로 유지해야 하는 경우와 물체의 지연이 매우 큰 경우에는 캐스케이드 제어 시스템을 사용하는 것이 좋습니다. 예를 들어 보조 제어 루프는 자체 지연을 극복하기 위해 물체의 통합 요소 주위에서 닫힐 수 있습니다. 흐름은 보조 변수로 사용될 수 있습니다. 왜냐하면 이 매개변수의 제어 루프 속도로 인해 주 제어 변수의 상당한 편차가 방지되기 때문입니다.

캐스케이드 제어 시스템을 만들려면 먼저 허용 가능한 중간 변수를 식별해야 하는데, 어떤 경우에는 이것이 매우 어렵습니다.

캐스케이드 흐름 제어 시스템은 물체 안팎으로 물질을 지속적으로 공급하는 데 사용됩니다. 일반적으로 유량제어는 밸브에 공급되는 공기압력을 비선형적인 특성으로 변화시켜 수행됩니다. 이 경우 매개변수의 현재 값 측정이 가변 차압 방법(센서의 출력 신호가 유량에 따라 비선형적으로 달라지는 방식)으로 수행되는 경우 두 비선형성이 서로 보상됩니다.

열교환이나 혼합 공정을 제어하기 위해 보조 회로에서 가변 차압 방식을 사용하면 추가적인 어려움이 발생할 수 있습니다. 물체의 제어된 매개변수가 유량에 대해 선형이라고 가정해 보겠습니다. 메인 레귤레이터의 출력 신호는 유량의 제곱에 직접적으로 변화하는 압력 강하에 비례합니다. 결과적으로 루프 게인은 유량에 반비례하여 달라집니다. 그러나 시동 시 많은 프로세스를 규제해야 합니다. 또한, 시설 내에서 낮은 유속을 장기간 유지해야 하는 경우가 많아 이는 상당히 어려운 일입니다. 메인 레귤레이터가 로 설정되지 않은 경우 수동 제어, 그러면 제로 유량 근처의 제어 루프에서 감쇠되지 않은 진동이 발생합니다. 이러한 일이 발생하지 않도록 하려면 유량 측정 라인에 제곱근 추출 장치를 포함시켜 보조 회로를 선형화하는 것이 좋습니다.

흐름 제어 루프의 진동 주기는 일반적으로 몇 초입니다. 따라서 열 전달이나 혼합 공정을 조절할 때 캐스케이드 방식에서는 유속이 주요 매개변수로 사용되지 않습니다.

끓는 액체 또는 응축 증기의 수준을 조절할 때 유량 보정 기능이 있는 캐스케이드 제어 시스템이 사용됩니다. 이러한 시스템에서는 주 회로의 자연 진동 주기가 흐름 제어 회로의 진동 주기보다 큽니다.

캐스케이드 온도 제어 시스템은 매우 널리 사용됩니다. 지휘할 때 화학 반응얻기 위해 고품질제어 시, 원자로온도조절기의 출력신호는 일반적으로 냉각재온도조절기의 설정실로 보내진다. 즉, 원자로온도에 따른 냉각재온도의 캐스케이드 제어회로가 사용된다. 열 교환 강도는 반응 물질과 냉각수 사이의 온도 차이에 따라 달라지므로 냉각수 온도의 현재 값이 공정에 영향을 미칩니다.

제어 시스템의 작동은 보조 제어 루프의 비선형성 및 위상 변이에 의해 영향을 받습니다. 이러한 시스템에서 보조 온도 컨트롤러의 비례 범위는 일반적으로 25%를 초과하지 않기 때문에 이 컨트롤러의 정전기 성분의 영향은 무시될 수 있습니다.

냉매 온도의 약간의 오버슈트는 시스템 작동에 큰 영향을 미치지 않습니다. 왜냐하면 정전기 구성 요소가 항상 주 회로에서 작용하기 때문입니다. 보조 회로에 정전기 구성 요소가 있으면 온도 변화율이 약간만 감소합니다. 회분식 반응기의 냉각수 온도를 조절할 때 정전기 성분을 사용하지 않습니다. 일반적으로 캐스케이드 제어 시스템을 설계할 때 주요 작업은 주 온도 제어 루프와 보조 온도 제어 루프의 자연 진동 주기 비율을 결정하는 것입니다. 두 회로에서 동일한 측정 방법을 사용하는 경우 회로의 고유 주기 간의 관계는 선형이므로 주 회로의 전송 계수는 일정합니다.

캐스케이드 ACP 계산에는 주어진 기본 및 보조 조정기의 설정을 결정하는 작업이 포함됩니다. 동적 특성메인 및 보조 채널을 통해 객체를 전송합니다. 주 조정기와 보조 조정기의 설정은 상호 의존적이므로 반복 방법을 사용하여 계산됩니다.

각 반복 단계에서 컨트롤러 중 하나가 조건부로 동등한 개체를 참조하는 감소된 단일 루프 ASR이 계산됩니다.

메인 레귤레이터의 동등한 목적은 폐쇄형 보조 루프와 메인 제어 채널의 직렬 연결입니다.

W E (p) = [- R 1 (p) / 1 – W(p)*R 1 (p) ]* W(p), (1)

여기서 R 1 (p)는 보조 컨트롤러의 전달 함수이고,

W(p) = W 1 (p) * W 2 (p) – 물체의 전달 함수

보조 컨트롤러의 동등한 개체는 보조 채널과 주 개방 루프 시스템의 병렬 연결입니다.

W E 1 (p) = W 1 (p) – W(p)*R (p), (2)

여기서 R(p)는 메인 컨트롤러의 전달 함수입니다.

첫 번째 반복 단계에 따라 계단식 ACP를 계산하는 두 가지 방법이 구별됩니다.

첫 번째 방법. 계산은 주 레귤레이터부터 시작됩니다. 이 방법은 보조 채널의 관성이 기본 채널의 관성보다 훨씬 작은 경우에 사용됩니다. 첫 번째 단계에서는 주 회로의 작동 주파수가 보조 회로보다 훨씬 낮다고 가정합니다. 그런 다음:

WE(p) = W2(p). (삼)

두 번째 단계에서는 등가물에 대한 보조 제어기의 설정을 계산합니다.

대략적인 계산의 경우 처음 두 단계는 제한됩니다. 정확한 계산을 위해 두 번의 연속 반복에서 발견된 컨트롤러 설정이 지정된 정확도와 일치할 때까지 계속됩니다.

두 번째 방법. 계산은 보조 조정기에서 시작됩니다. 첫 번째 단계에서는 외부 조정기가 비활성화되어 있다고 가정합니다. 따라서 첫 번째 근사값으로 보조 조정기의 설정은 다음 식에서 보조 제어 채널에 대한 단일 회로 ACP를 사용하여 구합니다.

WE1(p) = W1(p). (4)

두 번째 단계에서는 등가 객체의 전달 함수를 사용하여 메인 컨트롤러의 설정을 계산합니다. 보조 컨트롤러의 설정을 명확히 하기 위해 전달 함수를 사용하여 계산이 수행됩니다. 두 번의 연속 반복을 통해 발견된 보조 컨트롤러의 설정이 지정된 정확도와 일치할 때까지 계산이 수행됩니다.

중간점의 미분을 기반으로 한 추가 임펄스를 갖춘 ASR .

이러한 시스템은 일반적으로 제어된 기술 매개변수(예: 온도 또는 구성)가 공간 좌표(예: 기둥 또는 관형 장치)를 따라 분산되는 개체의 자동화에 사용됩니다. 이러한 객체의 특징은 주요 제어 좌표가 장치 출구의 기술적 매개변수이고, 교란이 장치의 길이를 따라 분포되고, 규제 효과가 입력에 적용된다는 것입니다. 동시에 단일 회로 폐쇄형 ASR은 필요한 품질을 제공하지 않습니다. 일시적인 프로세스제어 채널의 큰 관성으로 인해.

장치의 중간지점에서 컨트롤러 입력에 추가 펄스를 인가하면 선행 신호가 발생하고, 출력 좌표가 설정값을 벗어나기 전에 컨트롤러가 작동을 시작합니다.

정적 오류 없이 조정을 보장하려면 정상 상태에서 추가 펄스가 사라지는 것이 필요합니다. 이를 위해 보조 좌표는 실제 미분 링크를 통해 전달되므로 제어기의 입력 신호는 e=y+y' 1 –y 0과 같습니다(그림 1.9.1a). 정상상태에서 y' 1 =0일 때, e=0일 때, y=y 0입니다.

a – 원본 다이어그램; b – 캐스케이드 ASR 회로로 변환

그림 2 - 구조 다이어그램중간점의 미분을 기반으로 한 추가 임펄스가 있는 ASR

추가 자극을 도입하는 효과는 선택 지점에 따라 다릅니다. 후자의 선택은 각 특정 경우에 객체의 동적 속성과 작동 조건에 따라 결정됩니다. 따라서 장치 시작 부분에서 y 1 을 측정하는 것은 제어 채널을 통해 도달하는 외란으로 인한 추가 충격과 동일합니다. 이 경우 미분 장치는 동적 외란 보상기의 역할을 합니다. 객체의 출력(y 1 =y)에서 y 1 을 측정하는 것은 주 좌표의 도함수를 도입하는 것과 동일합니다. 각 객체에 대해 조절 품질이 가장 좋은 추가 충동을 선택하기 위한 최적의 위치를 ​​선택할 수 있습니다.

이러한 제어 시스템의 계산은 적절한 변환 후 캐스케이드 ASR의 계산과 유사합니다. 그림 2b에 표시된 캐스케이드 ASR에서 외부 조정기의 역할은 전달 함수 R d -1(p)를 갖는 링크에 의해 수행되고 내부 조정기는 직렬 연결된 조정기와 미분기에 의해 수행됩니다. 주어진 조정기의 전달 함수는 각각 동일합니다.

출력 매개변수 j가 측정할 수 없는 여러 외란의 영향을 받을 때 복잡한 개체에 사용됩니다. 이 경우, 측정 가능한 중간 매개변수 j 1 을 가진 물체가 선택되고, 물체의 조절은 이를 기반으로 합니다. 우리는 첫 번째 제어 루프를 얻습니다. 이 컨트롤러는 출력 매개변수 j에 영향을 미치는 복잡한 개체에 작용하는 일부 외란을 고려하지 않습니다. 매개변수 j를 사용하여 두 번째 제어 루프가 구성됩니다. 두 번째 회로의 조정기는 첫 번째 회로의 조정기의 작동을 제어하여 작동이 출력 매개변수 j에 대한 외란의 영향을 보상하는 방식으로 작업을 변경합니다. 이것이 캐스케이드 조절(1차 및 2차 조절 캐스케이드)의 의미입니다.

쌀. 5.18. 보일러 드럼의 수위 제어 시스템 다이어그램:

N b – 보일러 드럼의 수위; 디 pp - 과열 증기 소비량(l); 여 c – 급수 소비량(m vol); ZD– 포인터 설정(레벨 값을 설정합니다. N b,0); WEC – 물 절약 장치; PP – 과열기

교란이 있는 세 객체의 순차적 연결로 구성된 복잡한 객체의 제어 다이어그램에서 이를 고려해 보겠습니다(그림 5.19).

중간 매개변수 j 1의 조절기는 이를 일정하게 유지하고 j 1.0과 동일하게 유지하려고 합니다. 이것이 1차 규제 캐스케이드입니다.

이 컨트롤러는 외란 l 1만을 고려합니다. 외란 l 2 및 l 3은 출력 매개변수 j에 영향을 미칩니다. 조정기 j(2차 제어 캐스케이드)는 가변 작업 작업( ZPZ)는 ±Dj 1 양만큼 작업을 첫 번째 회로로 변경합니다. 이러한 작업 추가를 수신하면 컨트롤러 j 1은 출력 매개변수 j에 대한 외란 l 2 및 l 3의 영향을 보상하는 방식으로 매개변수 j 1을 변경합니다. 레귤레이터j(2단)말하자면 (j 1에 따라) 첫 번째 조정기의 작동을 수정하므로 교정 조절기(CR)라고 합니다..

쌀. 5.19. 캐스케이드 제어 방식:

ZD- 주인; ZPZ– 가변 참조 생성기; KR - 교정 레귤레이터

캐스케이드 제어의 예로는 공통 증기 본관에서 작동하는 여러 보일러 간의 열 부하 분배가 있습니다(그림 5.20).

쌀. 5.20. 공통 증기 본관에서 작동하는 보일러의 열 부하 조절: RSZ – 신호 승수 설정; GKR - 주요 교정 조절기

두 개의 보일러가 유속으로 증기를 증기 본관에 공급합니다. 디 k1과 디 k2. 증기 본관에서 증기가 터빈으로 흐릅니다. 티 1 ; 티 2 및 티 3 비용 포함 디 T1; 디 T2와 디 T3. 보일러에서 들어오는 증기 흐름과 메인 라인을 떠나 터빈으로 나가는 증기 흐름의 균형이 있으면 메인 라인의 증기 압력 아르 자형 m은 변경되지 않습니다( 아르 자형 m,0).

터빈이 어느 정도 증기를 소비하기 시작하면 메인 라인으로 유입되는 증기의 균형과 메인 라인에서 나오는 증기의 흐름이 중단되고 압력이 아르 자형 m을 조정해야 합니다. 이 시스템의 중간 개체는 보일러입니다. 에게 1과 에게 2, 중간 매개변수는 보일러의 열부하입니다. 디 q 1 및 디 q2. 이를 기반으로 열 부하 조절기가 구축됩니다 ( RTN), 연료(가스) 공급을 제어합니다. 이것은 최초의 규제 폭포입니다.

레귤레이터는 열 부하를 일정하게 유지합니다. 디 q 1.0 및 디 q 2.0, 따라서 증기 소비량 디 k1과 디 k2. 라인에 압력이 가해지면 아르 자형 m이 변경되기 시작하면(파라미터 j) 압력 조절기가 작동하게 됩니다. 아르 자형 m(두 번째 캐스케이드), 이는 압력 편차에 따라 ±D 아르 자형 m =( 아르 자형중 - 아르 자형 m,0)은 출력에서 ​​신호를 생성하고 기준 신호 승산기( RSZ)는 보일러 열부하 조절기의 작동을 제어합니다 ( RTN), ±D 값으로 작업 변경 디큐. 이 신호에 따라 PTH 조절기는 보일러로의 연료 공급을 변경하여 증기 소비량을 생성합니다. 디 k1과 디라인의 압력을 복원하는 방식으로 k2 아르 자형중.

이러한 제어 방법이 원하는 결과를 제공하지 못하는 경우 장애를 제한합니다. l.

그림 1. 원자로 재킷의 캐스케이드 PID 온도 조절기 구조

그림 2. 원자로 환류냉각기의 캐스케이드 PID 온도조절기 구조

1. 규제기관

일반 사항

– 제어 하위 시스템은 4개의 PID 컨트롤러로 구성되어 2개의 제어 캐스케이드를 형성합니다(그림 1, 그림 2).

– 마스터 및 슬레이브 조정기 제어(작동 모드 및 설정 변경)는 "설치 상태" 니모닉 다이어그램과 조정기 창 모두에서 반응기가 작동 중인지 여부에 관계없이 항상 허용됩니다.

레귤레이터 이중화

– 신뢰성을 높이기 위해 시스템은 중복 조정기를 제공합니다. 주요 컨트롤러는 소프트웨어 컨트롤러이고, 백업 컨트롤러는 하드웨어 컨트롤러(SIPART DR22)입니다.

– 소프트웨어 컨트롤러의 설정 창에서 "적용" 버튼을 클릭하면 소프트웨어 컨트롤러의 설정에 따라 하드웨어 컨트롤러의 계수(전송 계수, 적분 시상수 및 미분 시상수)를 변경할 수 있습니다.

소프트웨어 컨트롤러의 구조

소프트웨어 컨트롤러의 구조는 Fig.1, Fig.2에 나와 있습니다.

레귤레이터 제어

– 4개의 원자로 조절기 모두 조절기 창이나 "설치 상태" 모식 다이어그램에서 제어됩니다. 모습창은 그림 1, 그림 2에 나와 있습니다.

– 4개의 리액터 조절기 각각에는 두 가지 형태의 개별 창이 있습니다. 기본 창은 "조절기 제어 창"이고 보조 창은 "조절기 설정 창"입니다. 이러한 양식 간 전환은 버튼을 누르거나 창의 오른쪽 상단 영역에서 수행됩니다.

– "램프" 버튼(냉장고의 주요 조절기 창에서만 사용 가능)을 누르면 램프 설정 및 제어 창이 열립니다(그림 2 참조).

– 램프 자체는 "전환 시간" 동안 "초기 값" 값에서 "최종 값" 값으로의 온도 기준의 선형 변화입니다.

– 램프 설정 및 제어 창은 램프의 진행 상황을 모니터링하도록 설계되었으며 운전자에게 램프를 제어할 수 있는 기능도 제공합니다.

– 초기 상태에서 램프가 비활성 상태일 때 "정지" 버튼을 누르고 "시작" 및 "일시 중지" 버튼을 누르고 "일시 중지" 버튼에 액세스할 수 없으며 "최종 값" 및 "전환 시간" 필드를 입력할 수 있습니다. "초기 값" 필드에는 현재 온도 값이 표시되고 "경과 시간" 및 "남은 시간" 필드에는 0이 표시됩니다.

– 램프가 활성화되면 "정지" 및 "일시 정지" 버튼이 해제되고 "시작" 버튼이 눌러지며 "일시 정지" 버튼이 사용 가능해지며 모든 필드를 입력할 수 없습니다.

"초기값" 필드에는 "시작" 버튼을 누르거나 램프 시스템을 시작한 후 컨트롤러 설정의 원활한 변경이 시작된 온도 값이 표시됩니다.

종료 값 필드에는 램프가 완료된 후 설정될 컨트롤러 참조 값이 표시됩니다.

"전환 시간" 필드에는 총 램프 시간이 표시되고, "경과 시간" 필드에는 경과된 램프 시간이 표시되며, "남은 시간" 필드에는 남은 램프 시간이 표시됩니다.

– "전환 시간" 시간이 만료된 후 컨트롤러 설정은 "최종 값" 값과 동일하고 입력 필드와 버튼은 초기 상태로 돌아갑니다.

작업자가 램프를 수행하는 중

– 시스템은 운전자가 지정한 설정을 사용하여 운전자의 명령에 따라 램프를 수행할 수 있습니다.

– 램프를 시작하기 전에 운전자는 "종료 값" 및 "전환 시간" 필드에 필요한 값을 입력합니다.

– 중합 단계 시작부터 첫 번째 계획된 추가 물 투입이 시작될 때까지 "최종 값" 필드의 작업자는 반응기의 현재 온도보다 큰 값을 입력할 수 없습니다.

반응기가 작동 중인 경우, 중합 단계가 시작되기 전과 첫 번째 예정된 추가 물 주입이 시작되는 순간부터 램프 설정 및 제어 창의 입력 필드를 운영자가 입력할 수 없으며 램프 제어 버튼을 사용할 수 없습니다. 운영자가 누를 수 없습니다.

원자로가 작동 중이 아닌 경우 램프 설정 및 제어 창의 입력 필드를 작업자가 입력할 수 있으며, 램프 제어 버튼을 눌러 작업자가 누를 수 있습니다.

– 램프를 시작하려면 작업자가 "시작" 버튼을 누른 상태에서 "중지" 버튼을 누릅니다.

– 램프 중에 "초기 값" 출력 필드에는 "시작" 버튼을 누른 후 컨트롤러 설정의 원활한 변경이 시작된 온도 값이 표시됩니다.

– 램프 중에 해당 매개변수(최종 값 또는 전환 시간)를 변경해야 하는 경우 "일시 중지" 버튼을 눌러야 합니다. 이 경우 "시작" 버튼을 누른 상태로 유지하고 "중지" 버튼을 누른 상태로 유지하며 "최종 값" 및 "전환 시간" 입력 필드를 입력할 수 있습니다. RAMP 서브루틴을 통한 컨트롤러 설정 변경 및 "경과 시간" 필드에서 경과 시간 계산이 일시적으로 중단됩니다.

– 새로운 램프 매개변수를 입력 필드에 입력한 후 작업자가 "일시 중지" 버튼을 누르면 "남은 시간" 출력 필드의 값이 자동으로 다시 계산되고 새 매개변수로 작업을 원활하게 변경하는 과정과 카운트다운이 진행됩니다. "경과 시간" 필드의 램프 시간이 재개됩니다.

– “남은 시간” 필드의 새 값은 다음과 같이 계산됩니다. "일시 중지" 버튼을 누르기 전의 램프가 일시 중지 중에 "전환 시간" 필드에 입력한 것보다 오래 지속되면 남은 시간은 0으로 간주되고 컨트롤러 설정은 "최종"의 값과 동일하게 설정됩니다. 값" 필드;

– 두 가지 경우: "시작" 버튼을 누르고 "일시 중지" 버튼을 누르면 재킷의 선두 레귤레이터에 대한 작업이 램프의 "최종 값"보다 1도 낮게 설정됩니다.

규제 기관의 기능

– 4개의 원자로 조절기에는 모두 수동과 자동의 두 가지 작동 모드가 있습니다. 수동 모드에서는 피드백이 열려 있고 PID 알고리즘이 작동하지 않으며 작업자와 시스템이 밸브의 제어 동작을 변경할 수 있습니다. 자동 모드에서는 피드백이 닫히고 PID 알고리즘이 작동하며 작업자와 시스템은 온도 목표를 변경할 수 있습니다.

– 4개의 반응기 조절기가 2개로 결합됨 캐스케이드 회로규제에는 각각 마스터와 슬레이브 레귤레이터가 있습니다. 슬레이브 및 마스터 컨트롤러가 자동 모드에 있으면 캐스케이드는 닫힌 것으로 간주됩니다.

– 슬레이브가 수동 모드인 경우 마스터 컨트롤러는 자동 제어 모드에 있을 수 없습니다. 운영자 또는 시스템이 슬레이브 컨트롤러를 수동 모드로 전환하면 마스터도 수동 모드로 전환되고 캐스케이드가 열립니다. 운영자 또는 시스템이 슬레이브 컨트롤러를 다음으로 전환하는 경우 자동 모드, 마스터 모드는 변경되지 않으며(수동 모드로 유지) 캐스케이드는 열린 상태로 유지됩니다. 슬레이브가 자동 모드인 경우에만 마스터 컨트롤러를 자동 모드로 전환할 수 있습니다.

– 마스터 조정기가 자동 모드로 켜지면 마스터 조정기의 제어 동작을 슬레이브 조정기의 작업과 동일하게 사전 설정하여 충격 없는 캐스케이드 폐쇄가 보장됩니다.