Статические характеристики

Практически для любого объекта регулирования, если сиять разгонную характеристику на минималь­ных нагрузках и определить коэффициент усиления объекта (к), а затем вывести объект на максимальную нагрузку (например, по рас­ходу колчедана) и снова определить коэффициент усиления, который обозначим к2, то можем убедиться, что кх и к2 значительно отличаются друг от друга.

Чтобы объяснить это явление, проведем следующий опыт. В не­сколько приемов будем менять частоту вращения тарельчатого пита­теля и записывать показания температуры кипящего слоя. Напри­мер, изменим частоту вращения питателя с п до щ, с щ до п2 и т. д. После каждого изменения частоты вращения питателя нужно дож­даться, когда затухнет переходный процесс и температура установит­ся на новом значении. В рассматриваемом примере переходный про­несе длится около трех часов. При новом значении оборотов п2 уста­новится температура ©гх2 и т. д. Полученные значения п и температур нанесем на график и получим зависимость ©гг ст частоты вращения п (рис. 38, а).

Если динамические характеристики зависят от времени (строятся во времени), то статические характеристики выражают взаимозави­симость двух параметров. На рис. 38 приведена статическая харак­теристика, определяющая зависимость температуры газохода печи кипящего слоя от частоты вращения двигателя тарельчатого пи­тателя.

Эта характеристика имеет три явно выраженные зоны: две линей­ные и одну нелинейную (рис. 38, а). Если в первой линейной зоне из­менить частоту вращения двигателя питателя на 20 оборотов в 1 мин, то этому изменению будет соответствовать рост температуры на 28° С,

image51

Рис. 38. Влияние технологического режима на динамические харак­теристики канала регулирования: а — статическая характеристика печи кипящего слоя, выражающая зависимость температуры в газоходе <ВГХ> от изменения частоты вращения тарельчатого пи­тателя, 6 — временная характеристика в 1-й линейной зоне статической характе­ристики, в — то же, в существенно не линейной зоне статической характеристики. г — то же. во 2-й линейной зоне статической характеристики

т. е. коэффициент усиления по этому каналу регулирования будет равен

Вид разгонной характеристики, которая может быть получена в первой линейной зоне, приведен на рис. 38, б. Если изменить произ-| водительность печи и перевести ее в режим, соответствующий нели-1 нейнои зоне статической характеристики (рис. 38, в), и снова снять] разгонную характеристику, то коэффициент усиления по этому же] каналу регулирования станет меньше единицы: к% — ш/20 = 0,5.

Во второй линейной зоне (рис. 38, г) коэффициент усиления по каналу] регулирования меняет знак: — — ад/40 = —1.

Возможное изменение знака коэффициента усиления канала ре-1 гулирования должно учитываться при наладке АСР. При наладкеї регулятора в 1-й зоне необходимо предусмотреть его выключение при переводе технологического аппарата в существенно нелинейные ре-| жимы. Если этого не предусмотреть, то при переходе во 2-ю линейнукі зону изменится знак коэффициента усиления канала регулирования т. е. в диаграмме прохождения сигнала (см. рис. 37) знак стрелки п—0Гх изменится на противоположный. Так как знак регулятора не изменился, то в контуре ©РХ-> п будет четное число минусов (два) и контур станет положительным, а такой контур не имеет устой­чивых режимов. При уменьшении ©гх регулятор увеличит частоту вращения двигателя и тем самым еще больше увеличит подачу колче­дана, а это, в свою очередь, еще больше уменьшит ©гх и заставит ре­гулятор еще увеличить частоту вращения двигателя питателя, и так до максимальной частоты.

В рассматриваемом нами примере такой лавинообразный процесс приводит к завалу печи, когда воздуха не хватает ни для горения, пи для поддержания кипящего слоя, горение прекращается, но темпе­ратуры остаются высокими, сера плавится, образуя монолитные спе­кания, что приводит к аварии.

При работе печи во 2-й линейной зоне знак стрелки гс->- ©гх меня­ется на минус. На различных предприятиях работают и в 1-й, и во 2-й зонах, и даже в нелинейной и, чтобы регулятор ©гх-*- п образовы­вал отрицательный контур, изменяют знак стрелки п на минус

(на рис. 37 измененные знаки обведены кружком). В этом случае кон­тур регулирования температуры газохода л-*- 0ГХ-^ п будет отрица­тельным (устойчивым). Контур регулирования температуры слоя а->- ©сл-^ а как был, так и остался отрицательным (устойчивым). Это значит, что каждый регулятор может работать устойчиво, но при включении двух регуляторов образуется неучтенный контур п-*~ -*-0сл-*~с1-^ 0гх->- п, в котором после изменения знака регулятора газохода в контуре стало четное число минусов, т. е. регуляторы во 2-й линейной зоне одновременно работать не смогут.

После анализа функционирования и взаимодействия всех систем авторегулирования (АСР) технологического аппарата по диаграмме прохождения сигнала составляют программу испытаний (по снятию характеристик).

Программа испытания для рассматриваемого нами примера печей кипящего слоя должна содержать:

Снятие динамических характеристик по основным каналам ре­гулирования п-+ 0ГХ, а-* 0с.» Co6-*-Go6.

Снятие динамических характеристик по каналам взаимосвя - ьей п0СЛ, а~>- 0гХ.

Каждая характеристика должна быть снята минимум три раза.

Снятие динамических характеристик проводится для двух ре­жимов — режима шах-производительности и режима тіп-произво - дительности. Всего нужно провести 18 опытов: по три опыта с изме­нением п, а, Соб. Все это повторяют для двух крайних значений про­изводительности аппарата.

Наносить одновременно два возмущения недопустимо, поскольку обработать такую реакцию, т. е. аппроксимировать характеристиками типовых звеньев, мы не сможем. Учитывая, что длительность пере­ходного процесса до нового установившегося значения примерно рав­на 3 ч для печей кипящего слоя, то все испытания будут длиться не менее 54 ч, т. е. более двух суток. Заметим, что для снятия харак­теристик по каналам взаимосвязи специальное время не отводится, так как они получаются одновре­менно с динамическими характе­ристиками по основным каналам. Характеристики по каналам взаи­мосвязи необходимы для оценки степени влияния кои турив регули­рования друг на друга. Так, если коэффициенты усиления по каждо-| му каналу взаимосвязей меньше единицы (например, 0,1) и соеди­нены эти каналы последовательно, то общий коэффициент усиления будет еще меньше (0,1 -0,1 =0,01).

Обработка эксперименталь­ных динамических характеристик

В условиях действующего пред-) приятия технологические пара­метры непрерывно изменяются] поэтому при снятии характеристик почти никогда не удается отстро-j иться от помех. На рис. 39 привей дены три разгонные характеристик ки, снятые по одному и тому же каналу от частоты вращения тан рельчатого питателя до темп ер ату I ры газохода 0ГХ. Ни одна из при] веденных характеристик не може! быть использована для аппрокси! мации типовыми динамическими характеристиками из-за тех иска] жений, которые вызваны неконт­ролируемыми возмущениями (по­мехами). Чтобы избавиться от пен мех, можно несколько характерно] тик усреднить (минимум три), Hd для того чтобы их можно было со] поставить друг с другом,, тіредЕа рительно необходимо: перенести кривые (рис. 39) на одни оси координат (рис.

image54

перестроить разгонные характеристики ьо времен­ные, т. е. нескольк© зна­чений ординат характерис­тики разделить на вели­чину возмущения.

В результате получим временные характеристи­ки а, б и в (рис. 41), а пос­ле усреднения характерис­тик— h(t) усред. Выполня­ют это следующим обра­зом.

image55

Обычно промежуточ­ных построений (см. рис. 40 и 41) не выполняют, а прямо с диаграммной лен­ты снимают значения ко-

ординат разгонных харак­теристик (табл. 5): время t и .соответствующие ему значения температур 0ГХ.

Затем из каждого значе­ния 0к,} вычитают началь­ную температуру 0О, т. е. температуру в момент на­несении возмущения. При t = 0 ©гх - 0о - Д0.

Полученные значения приращений Д0 характе­ристики делят на величи­ну возмущения Д/1, при котором снималась данная характеристика, таким об­разом получают координаты временной характеристики

image56

Рис. 41. Временные характеристика, искажен­ные помехами, и усредненная

Полученные временные характеристики h(t) приведены на рис. 41. Для получения одной усредненной характеристики необходимо про­суммировать все соответствующие ординаты и сумму 2 разделить на число характеристик:

и /а _ M0i+M0s + A(0.

п Ч^усред — 3 *

Разброс точек усредненной характеристики /і(/)усред значительно меньше, чем в исходных. Если увеличить число экспериментальных характеристик, то усредненная характеристика станет еще более сгла-- женной.

І, мин

V*#с

де=

=Нгх~ — У0

h (О = _ до

Ал

егх

д«

h (t)

enc

де

h (f)

їегх

et

a>

53

и

II £*

Art = 87

ю

II

S

II

0

829

0

0

841

0

0

832

0

0

0

0

6

835

6

0,069

858

17

0,112

845

13

0,171

0,253

0,085

12

841

12

0,138

870

29

0,190

855

23

0,310

0,638

0,213

18

847

18

0,204

881

40

0,263

858

26

0,332

0,784

0,263

24

850

21

0,242

888

47

0,309

865

33

0,435

0,986

0,328

30

854

25

0,287

892

51

0,335

868

36

0,474

1,096

0,365

36

859

30

0,345

894

53

0,349

867

35

0,460

1,154

0,385

42

863

34

0,391

892

51

0,335

868

36

0,474

1,201

0,400

48

867

38

0,437

900

59

0,388

863

31

0,408

1,183

0,394

54

867

38

0,437

906

65

0,428

864

32

0,422

1,387

0,462

60

867

38

0,437

903

62

0,408

873

41

0,540

1,385

0,462

66

866

37

0,425

903

62

0,408

870

38

0,500

1,333

0,440

72

865

36

0,413

903

62

0,408

869

37

0,487

1,308

0,435

78

864

35

0,402

906

65

0,428

868

36

0,474

1,344

0,433

84

865

36

0,410

907

67

0,44

867

35

0,460

1,333

0,430

90

909

69

0,453

865

33

0,435

меньше, чем в исходных. Если увеличить число экспериментальных характеристик, то усредненная характеристика станет еще более сгла-- женной.

Постоянную времени объекта? об и коэффициент усиления объек­та кус определяют по усредненной характеристике (см. рис. 17 и 34):

Го0 = 25 с; кус = 0,44 - дар,

а транспортное запаздывание т = 0, т. е. временная характеристика аппроксимируется характеристикой инерционного звена без транс­портного запаздывания. Такие характеристики называют характерис­тиками одноемкостного объекта (см. § 22).

При высоком уровне помех, т. е. когда они возникают часто и имеют амплитуду, соизмеримую с амплитудой временных характеристик, снимают частотные характеристики. В частотных характеристиках легче отстроиться от помех благодаря тому, что период колебаний остается всегда постоянным.

Если процесс снятия частотной характеристики сложнее снятия разгонных характеристик, то обработка их проще. Обработать частот­ную характеристику—это значить определить амплитуды выход­ных колебаний.

На рис. 42, а приве­дены графики частотной характеристики, соот­ветствующей сдвигу по фазеф = 180° (см. § 14). Опыт проводят следую­щим образом. Сначала наносят возмущение ам­плитудой d, а в момент, когда выходной пара­метр GB начинает откло­няться от исходного значения, прикладыва­ют возмущение с обрат­ным знаком и амплиту­дой, равной 2d. По­скольку знак возмуще­ния изменился, выход - в пой (регулируемый) па­раметр через некоторое время тоже начнет уме­ньшаться, но в момент, когда регулируемый па­раметр опять станет равным исходному зна­чению, знак возмуще­ния опять изменяют на противоположный, но амплитуду при этом вы­держивают равной 2d.

Такую раскачку продол­жают до возникновения установившихся периодических колебаний.

image57

При наличии помех вид переходного процесса искажается (рис. 42, б): меняются симметричность периода Т, среднее значение колебаний (пунктирная линия) Л, как это видно на рисунке, однако и период Т, и амплитуда сохраняются довольно стабильно. В крайнем случае, если помехи сильные, можно определить несколько значений Т и А и истинное значение определить как среднеарифметическую величину.

Комментарии закрыты.