Сделай Сам Свою Работу на 5

Пропорциональный метод регулирования температуры c постоянной составляющей мощности

 

Пропорциональный метод регулирования, предполагает уменьшение мощности, подаваемой на нагреватель, по мере приближения температуры объекта к заданной температуре, т.е. мощность поставлена в зависимость от разности температур объекта и уставки ΔT =TSP - T. Такую разность мы будем называть невязкой. Мера влияния невязки при расчете текущей мощности задается пропорциональным коэффициентомKp. Применяя пропорциональный метод регулирования температуры можно существенно уменьшить пульсации температуры вокруг установившегося значения. Однако у этого метода есть один недостаток - установившаяся температура всегда будет иметь более низкое значение, чем уставка. Этот недостаток можно уменьшить или даже вовсе устранить, применяя пропорциональный метод с постоянной составляющей мощности Po. Параметр Po определяет процент подаваемой на нагреватель постоянной мощности. Задавая Po, мы компенсируем потери энергии на естественный теплообмен.

В пропорциональном методе регулирования с постоянной составляющей, формула, по которой вычисляется процент подаваемой на нагреватель мощности такова:

 

(1)

 

Как видно из формулы (1), параметр Kp измеряется в градусах. К примеру, выберем Kp = 50. Тогда, если температура объекта будет отличаться от уставки на ΔT = 10 °С, то мощность составит 20% от полного значения плюс постоянная добавка Po.

При задании коэффициента Kpполезно помнить, что уменьшение подаваемой мощности в соответствии с формулой (1) начнется только тогда, когда температура превысит значениеTSP - Kp, т.е. когда невязка ΔT станет меньше, чемKp.Поэтому параметр Kp можно задать равным такому отклонению температуры T от уставки TSP, при котором мы хотим начать уменьшать мощность. Например, при Kp = 20, регулирование мощности начнется, когда температура приблизится к уставке ближе, чем на 20°С. Т.е., фактически, коэффициент Kpзадает зону пропорциональности, т.е. интервал температур, в котором мощность вычисляется по формуле (1). Только когда температура объекта попадает в эту зону, начинается пропорциональное регулирование мощности. Пока температура за пределами зоны, на нагреватель выводится либо вся мощность (когда температура ниже, чем TSP - Kp), либо нулевая мощность (когда температура превышает уставку TSP).



В качестве первого приближения для Kpразумно выбрать значение примерно равное максимальному размаху δТ колебаний температуры в позиционном методе регулирования. На рис.2.1 размах колебаний, полученный при минимальном значении гистерезиса KH = 1°С, составляет δТ = 9°С.

На рис. 2.2 приведены графики переходных процессов при использовании пропорционального метода регулирования. Условия проведения эксперимента те же, что и на рис.2.1. Постоянная составляющая мощности задана равной нулю Pо=0.

Кривая 1 рис. 2.2 получена при значении Kp = 9. Видно, что после нескольких затухающих колебаний, регулятор выходит на установившийся режим. Из переходной характеристики 1 можно заметить, что на начальном участке переходной кривой наблюдается заметный перегрев объекта. Если перегрев недопустим, то можно увеличить параметрKp, чтобы исключить затухающие колебания.

Кривая 2 иллюстрирует вариант переходной характеристики приKp = 27. Можно отметить, что переходные колебания отсутствуют, перегрева нет, однако выход на температуру регулирования стал медленнее. В целом, значение пропорционального параметра, близкое к Kp = 3∙δТ, можно считать оптимальным.

Кривая 3 иллюстрирует ситуацию, когда зона пропорциональности выбрана слишком широкой Kp= 90. Затухающих переходных колебаний нет, перегрева нет, но переходный процесс излишне длинный, и установившаяся температура заметно ниже уставки.

Из графиков рис.2.2 видно, что установившаяся температура объекта T всегда имеет более низкое значение, чем заданная температура. Причем это статическое отклонение температуры от уставки TSP растет с увеличением параметраKp.Можно уменьшить такое отклонение, задав постоянную составляющую мощности (параметр Po).

Оптимальное значение параметра Po можно подобрать, пользуясь режимом индикации выводимой мощности, который реализован во всех моделях регуляторов Термодат.В этом режиме на индикаторах прибора будет показано текущее значение мощности P в процентах и величина невязки TSP - T.

Если при включенном пропорциональном методе регулирования мощности дождаться выхода температуры на стационарное значение, то и значение выводимой мощности P также выйдет на стационар, т.е. практически перестанет меняться. Это установившееся значение выводимой мощности можно использовать в качестве первого приближения для постоянной составляющей. Установите параметр Po равным этому значению, и температура объекта через некоторое время приблизится к значению уставки.

Сказанное иллюстрирует рис.2.3. Кривая до момента to получена приKp =90 и Po = 0. Когда температура вышла на стационарное значение T = 63°С (невязка 7 °С) выводимая мощность также вышла на стационар и составила P = 8% от мощности нагревателя. В момент времени to параметруPo присвоено значение 8%. Видно, что через 20 минут температура объекта регулирования вышла на новое значение, равное 68 °С, т.е. невязка уменьшилась до 2°С, а значение средней выводимой мощности P стало равно 9 - 10%.

Вне зависимости от величины постоянной составляющей Po можно отметить значительное (более чем на порядок) уменьшение пульсаций температуры по сравнению с пульсациями позиционного закона. В приведенных примерах, полученных с применением пропорционального регулятора, на стационарных участках пульсации не превышали ±0.3°С.

Отметим, что параметр Po обязательнодолжен быть меньше, чем отводимая за счет естественного теплообмена мощность. В противном случае температура объекта может превысить уставку и качество регулирования ухудшится.

Если зона пропорциональности Kp выбрана слишком узкой, то пропорциональный регулятор фактически будет работать в режиме позиционного регулятора, а параметр Kp будет играть роль гистерезиса KH.

Если Ваш объект подвергается динамическим тепловым воздействиям, то предлагаемый метод может оказаться неэффективным, т.к. отводимая от объекта мощность не будет постоянной и не сможет быть скомпенсирована при помощи постоянного параметра Po.В этом случае используйте ПИД – закон регулирования.

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.