カスケード システムは、最も危険な外乱に対して慣性が小さい中間座標を選択し、メイン出力と同じ制御アクションを使用できる場合、制御チャネルに沿って大きな慣性を持つオブジェクトを自動化するために使用されます。オブジェクトの。
この場合、制御システム (図 19) には 2 つのレギュレータが含まれます - メイン (外部) レギュレータ R、オブジェクトのメイン出力を安定させるのに役立ちます。 そう、および補助（内部）レギュレータ R 1、補助座標を調整するように設計されています で 1 補助コントローラの基準は主コントローラの出力信号です。
規制法の選択は、規制当局の目的によって決まります。
静的エラーを発生させずにメイン出力座標を所定の値に維持するには、メイン コントローラーの調整則に積分コンポーネントが含まれている必要があります。
速度は補助レギュレータから要求されるため、任意の制御則を持つことができます。
シングルループ ACP とカスケード ACP を比較すると、カスケード ACP の内部回路の高速化により、特に制御チャネルを介して到来する外乱を補償する場合、過渡プロセスの品質が向上することがわかります。 プロセス条件に従って補助変数に制限が課される場合 (たとえば、温度が制限値を超えてはいけない、または流量比が特定の制限内になければならない)、メイン コントローラーの出力信号は次のようになります。補助レギュレータのリファレンスも制限されています。 これを行うには、飽和を伴う増幅リンクの特性を持つデバイスがレギュレーターの間に取り付けられます。
米。 19. カスケード ACP の構造図:
W, W 1 - メイン y チャンネルと補助チャンネル で 1 つの調整可能なオブジェクト。 R, R 1 - 主および補助レギュレータ; х Р、х Р1 – 規制当局の規制措置 Rそして R 1 ; ε、ε 1 - 制御値の現在値と設定値の間の不一致の大きさ でそして で 1 ; で 0 - メインコントローラーの設定 R
熱技術設備のカスケードASRの例。 図上。 図２０は、加熱蒸気流のＡＣＰが補助回路である、熱交換器の出口における液体の温度を安定させるためのカスケードシステムの例を示す。 レギュレータ１は、蒸気圧力が乱れた場合に、所定の流量を維持するように調節弁の開度を変化させる。 装置内の熱バランスが崩れた場合（入口温度や液体流量、蒸気エンタルピー、環境への熱損失などの変化が原因）、出口温度が設定値からずれることになります。温度コントローラ 2 は蒸気流量コントローラ 1 の設定値を修正します。
熱工学プロセスでは、主座標と補助座標は同じ物理的性質を持ち、システム内の異なる点での同じプロセスパラメータの値を特徴付けることがよくあります（図21）。
図20。 蒸気流量コントローラーの設定値の補正を備えたカスケード温度制御システム (位置 2) (位置 1)
米。 21. 中間点での補助座標の測定を伴うカスケード ASR の構造図
図上。 図２２は、反応混合物２および反応器１のヒーター、および反応器内の温度安定化システムを含む技術スキームの一部を示す。
蒸気流量制御作用は熱交換器入口に供給されます。 2 つのデバイスとパイプラインを含む制御チャネルは、大きな慣性を持つ複雑な動的システムです。 オブジェクトは、システムのさまざまな点に到達する多数の摂動 (蒸気の圧力とエンタルピー、反応混合物の温度と流量、反応器内の熱損失など) の影響を受けます。制御システムの速度を上げるには、カスケードを使用します。 ACP が使用され、主な制御変数は反応器内の温度であり、熱交換器と反応器の間の混合物の温度が補助的な制御変数として選択されました。
米。 図 22. 熱交換器出口 (項目 2) の設定温度コントローラー (項目 3) の補正を伴う反応器 (項目 1) 内のカスケード温度制御システム (項目 4)
カスケード ASR の計算。カスケード ACP の計算には、主チャネルと補助チャネルのオブジェクトの特定の動的特性に対する主コントローラと補助コントローラの設定を決定することが含まれます。 主レギュレータと補助レギュレータの設定は相互に依存しているため、反復法によって計算されます。
各反復ステップで、コントローラーの 1 つが同等のオブジェクトを条件付きで参照する、縮小された単一ループ ACP が計算されます。 図のブロック図からわかるように、 図２３において、主レギュレータ（図２３、ａ）の等価物は、閉じた補助回路と主制御チャネルとの直列接続である。 その伝達関数は
(93)
米。 図 23. 主レギュレータ (a) および補助レギュレータ (b) を備えた等価単一回路制御システムの構造図: 上部 - 等価単一回路図。 以下 - カスケード ACP から単一回路への変換
補助レギュレータ 2 (図 23) の同等のオブジェクトは、補助チャネルとメイン開ループの並列接続です。 その伝達関数は次のとおりです。
(p)=W 1 (p) – W(p)R(p)。(94)
計算はメインレギュレーターから始まります。 この方法は、補助チャネルの慣性が主チャネルの慣性よりもはるかに小さい場合に使用されます。 最初のステップでは、主回路の動作周波数 ( ω p) は補助 ( ω р1) と ω=ω p
. (95)
. (96)
したがって、一次近似的に、設定は S0メインコントローラー1は依存しない R1(p)にあります ウェ°(p)。
2 番目のステップでは、伝達関数を使用して等価オブジェクト (1) に対して補助コントローラーの設定が計算されます。 W1e(p)、それらが置き換えられる R(p,S°)。
結合された ACP
複合 ACP は、重大な制御された外乱の影響を受けるオブジェクトの自動化に使用されます。 これらは、その構築に「偏差による」(ポルズノフの原理) と「外乱による」(ポンスレの原理) という 2 つの制御原理が使用されているため、複合システムと呼ばれます。 ポルズノフの原理に従って構築されたシステムは負のフィードバックを持ち、閉ループで動作します。 摂動システム (ポンスレ) にはフィードバックがなく、開ループで動作します。
図に示すブロック図を使用して結合 ACP を構築するには 2 つの方法があります。 これらのブロック図からわかるように、両方のシステムには共通の特徴があります。オブジェクトの出力座標に対する 2 つの影響チャネルの存在と、(コントローラー 1 を介した) 閉じた 2 つの制御ループの使用です。 ) そして開く（補償器2を介して） ). 唯一の違いは、2 番目のケースでは、補償器からの補正インパルスがオブジェクトの入力には送られず、コントローラーの入力に送られることです。
米。 図 24. 補償器の出力がオブジェクトの入力に接続されている場合の結合 ASR の構造図: a - 元の回路。 b – 変換されたスキーム。 1 – レギュレーター; 2 - 補償器
米。 図 25. 補償器の出力がレギュレータの入力に接続されている場合の複合 ASR の構造図: a - 元の回路。 b – 変換されたスキーム。 1 - レギュレーター; 2 - 補償器
この影響の変化の法則を形成する動的デバイスが正しく選択され、計算されていれば、最も強い摂動に対する補正インパルスを導入すると、動的制御誤差を大幅に減らすことができます。
このようなシステムを計算するための基礎は次のとおりです。 不変性の原理:与えられた値からのシステムの出力座標の偏差は、いかなる設定や外乱の影響に対してもまったくゼロに等しくなければなりません。
不変性の原理を満たすには、すべての妨害影響の理想的な補償と基準信号の理想的な再生という 2 つの条件が必要です。 実際の制御システムで絶対的な不変性を達成することは事実上不可能であることは明らかです。 通常、最も危険な摂動に関しては部分的な不変性に限定されます。 1 つの摂動作用に関する、開ループ制御システムと複合制御システムの不変条件を考えてみましょう。
開ループおよび複合 ASR の不変条件。開いたシステムの不変性の条件を考えてみましょう (図 26)。 y(t)= 0.
米。 26. オープンACPの構造図
ラプラスによるイメージに目を向ける X V (p)そして Y(p)信号 ×V(t)そして y(t)、摂動チャネルに沿った物体の伝達関数を考慮して、この条件を書き直してみましょう。 WB(p)と規制 WP(p)と補償器 RK(p):
Y（p）\u003d X B（p）0。 (97)
摂動がある場合[ 
] 不変条件 (97) は次の場合に満たされます。
W B (p) + R k (p) W P (p)=0、(98)
R k () \u003d -W B () / W P ()。(99)
したがって、あらゆる外乱に対する制御システムの不変性を確保するには、動的補償器を設置する必要があります。その伝達関数は、外乱チャネルと制御チャネルに沿った物体の伝達関数の比に等しくなります。反対の記号で。
結合された ACP の不変条件を導出してみましょう。 補償器からの信号が物体の入力に適用される場合 (図 24、a を参照)、組み合わせた ACP のブロック図は、開システムと閉ループの直列接続に変換されます (図 24、a を参照)。 . 24、b)、伝達関数はそれぞれ等しい：
.
この場合、不変条件 (97) は次のように記述されます。
X B (p) 0 の場合、および WAP(p) の場合、次の条件が満たされる必要があります。
それらの。 不変条件。
複合制御システムを使用する場合 (図 25、a を参照)、不変条件の導出により次の関係が得られます。 (図 25、b) を参照してください。
(101)
もし XB(p)0そして WAP(p)、その場合、次の条件が満たされる必要があります。
R to (p) \u003d -W B (p) /。(103)
したがって、補償器の出力をコントローラの入力に接続すると、不変条件から得られる補償器の伝達関数は、オブジェクトだけでなくコントローラの特性にも依存します。
不変 ACP の物理的実現可能性の条件。不変制御システムの構築で生じる主な問題の 1 つは、その物理的な実現可能性です。 条件 (99) または (103) を満たす補償器の実現可能性。
構造が与えられており、その設定を計算するだけで済む従来の産業用コントローラーとは異なり、動的補償器の構造は、摂動および制御チャネルに沿ったオブジェクトの動的特性の比率によって完全に決定され、次のことがわかります。非常に複雑で、これらの特性の比率が好ましくないため、物理的に実現不可能です。
「理想的な」補償器は、次の 2 つの場合に物理的に実現できません。
制御チャネルの正味遅延時間が摂動チャネルの正味遅延時間より大きい場合。 この場合、次のような理由から、理想的な補償器にはリード リンクが含まれている必要があります。
(104)
, (105)
次に、(99) を考慮すると、次のようになります。
(106)
補償器の伝達関数において、分子の多項式の次数が分母の多項式の次数より大きい場合。 この場合、補償器には理想的な微分リンクが含まれている必要があります。 このような結果は、摂動と制御のチャネルを記述する微分方程式の次数の特定の比率を使用して得られます。 させて
W B (p) \u003d B in (P) /そして Wp (p) \u003d B p (P) /、(107)
どこ B in (P)、AB (p)、BP (p)、AP (p)- 次数多項式 tB、nB, mPそして npそれぞれ。
m K = m B + n p ; n から \u003d n in + m p。
したがって、不変 ACP が物理的に実現可能であるための条件は、次の関係が満たされることです。
τ in ≧ τ r および m B + n p ≤ n in + m r。(108)
例。発熱反応が起こる撹拌化学反応器内の温度制御システムを考えてみましょう (図 27)。
米。 27. スターラーを備えた化学反応器の概略図: 1 - 温度計。 2 - コントロールバルブ; 3 - 流量計
主な摂動チャネル「反応混合物の流量 - 反応器内の温度」を 2 つの一次非周期リンクで近似し、制御チャネル「冷却剤の流量 - 反応器内の温度」を 3 つの非周期リンクで近似するとします。最初の注文の:
, (109)
, (110)
どこ T 1 、T 2 、T 3 - 反応器、温度計、冷却ジャケットの主な熱容量の最大時定数。
式 (99) と一致する不変制御システムを構築するには、伝達関数を持つ補償器を導入する必要があります。
, (111)
この場合、条件が違反されており、補償器には理想的な微分リンクが含まれている必要があるため、これは物理的に実現不可能です。
エクササイズ
例に従って、蒸留プラントの制御システムを開発します。 計算して、 
, .
初期データ。
1. 蒸留プラントの概略図 (図 28)。 プラントは蒸留塔で構成されています に、初期混合物加熱用熱交換器 T-1、ボイラー T-2、凝縮器 T-3、還流タンク E.
カラムは二成分混合物を分離します。 分離する成分の沸点が大きく異なるため、塔の段数が少なく高さが低くなります。 妨害アクションと制御アクションの送信チャネルにおける遅延と慣性は比較的小さいです。 プロセスの主な制御（調整可能）量、つまり留出物と塔底生成物の組成（温度）の間には、強力な内部架橋が存在します。
蒸留塔の頂部から出る蒸気流には、T-3 熱交換器の動作条件下で不活性ガスに凝縮できない成分が含まれています。 それらは灌漑タンクからブローオフ（燃料ネットワーク）に排出されます。
設備の動作モードは、流れによる大規模かつ頻繁な外乱の影響を受けます。 Fそして構成 XF原材料; T-1熱交換器およびT-2ボイラーに供給される加熱剤の圧力（流量）による。 T-3 コンデンサーに供給される冷媒の圧力 (流量) によって決まります。
精留プロセスの「重要な」制御は、塔に還流を供給するライン上のレギュレーターです。 に T-2ボイラーに加熱剤を供給するライン。
米。 28. 蒸留プラントの概略図
2. オブジェクトの動的パラメータが設定されます: (時間定数 T; τを遅らせます。 伝達比 に o) チャネル別:
A. 「レギュレーターの位置の変更 P01 - 原材料の消費」 F» (XR 1 F);
b. 「調整体P02の位置変更 - 加熱剤の流れ」 F 1 " (XR 2 F 1 );
b*。 「規制機関の位置の変化 P02 - 原料温度θ」 F T-1の後」 (XR 2 θ F);
V. 「規制機関 P03 の位置の変更 - 留出物の組成 XD» (XR 3 XD);
d. 「規制機関 P04 の位置の変化 - 圧力」 Rコラムで」 (XR 4 P);
e. 「規制機関 P05 の位置の変更 - 柱の立方体のレベル」 (XR 5 L);
e. 「P02 レギュレーターの位置変更」 * - 原料温度θ F T-1の後」 (XR 2* θ F);
そして。 「レギュレーターP04の位置変更」 * - プレッシャー Pコラムで」 (XR 4* R);
h. 「レギュレーター P06 の位置の変更 - カラム底部の温度」 (XR 6 θ に）;
h * 。 「調整器の位置を変更する PO6 - カラム上部の温度 θ B」 (XR 6 θ B);
そして。 「規制機関ROZの位置の変更 - 温度θ B列の上部にある （ バツ P3 θ B);
そして * 。 「規制機関ROZの位置の変化 - 温度θ に列の一番下」 (XR 3 θ に）.
3. 物体に作用する外乱の値は、調整体のストロークの%で表されます。
a) チャンネル XR 1 F（原材料の消費量に応じて） F);
b) チャネル XR 2 F1、XP2θF(発熱剤の圧力による) P 1 とその熱量 q 1);
c) チャンネル XR 3 XD(原材料の組成による) XF);
d) チャンネル X P4 P(圧力によって R２ 凝縮器Ｔ－３）に供給される冷媒；
e) チャンネル XR 5 L(熱量による q 2 ボイラー T-2) に供給される加熱剤。
4. 規制プロセスの品質要件が設定されています（動的エラー X マックス、時間の制御 tP、過渡プロセスの減衰度 ψ , 静的制御エラー バツ cm）。
タスクの段落 2 (ページ a ～ e)、ページ 3、およびページ 4 の初期データを表に示します。 9、a は表のポイント 2 (f、g、h、i) に従っています。 初期データは10個。
表 9. オブジェクトの動的パラメータと規制プロセスの品質要件
| 動的オプション | 寸法 | オプション | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | T | と 分 と 分 分 分 | 8,0 6,2 6,0 4,8 3,6 3,6 | 8,4 6,5 7,0 5,0 4,0 4,0 | 9,0 6,6 6,5 4,6 3,8 2,8 | 5,9 8,5 4,5 3,0 4,5 | 9,4 5,8 12,0 4,9 4,2 4,2 | 9,6 6,8 10,0 8,0 4,5 3,0 | 10,4 6,3 7,1 4,7 3,0 3,7 | 8,2 6,1 6,4 4,4 3,5 4,8 | 9,8 5,9 7,2 5,1 4,3 5,0 | 12,0 5,5 8,0 5,0 2,7 3,4 | 10,5 5,4 8,4 4,7 3,1 4,6 | 11,6 5,3 8,8 5,2 4,4 4,4 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | KOB | コントロールユニット% ストローク r. O. | 3,9 0,40 0,80 0,01 0,01 16,0 | 4,0 0,48 0,60 0,012 0,10 32,0 | 3,8 0,44 0,70 0,011 0,07 20,0 | 3,9 0,40 0,80 0,01 0,08 30,0 | 4,2 0,43 0,85 0,012 0,07 30,0 | 4,1 0,50 0,82 0,01 0,10 50,0 | 4,3 0,58 0,80 0,012 0,08 27,0 | 3,9 0,42 0,78 0,014 0,047 23,4 | 4,4 0,50 0,81 0,01 0,05 29,2 | 4,1 0,47 0,78 0,011 0,05 18,0 | 3,7 0,60 0,83 0,014 0,08 24,0 | 4,05 0,48 0,80 0,012 0,075 35,0 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | τ | と 分 と 分 分 分 | 2,0 4,6 1,5 2,9 1,9 1,8 | 2,1 4,8 2,0 3,0 1,8 2,2 | 2,3 4,9 1,8 2,8 1,5 1,3 | 2,5 4,3 2,3 2,7 1,8 2,4 | 2,4 4,2 3,0 2,9 1,9 2,6 | 2,5 5,0 2,5 3,1 2,0 1,2 | 2,6 4,7 2,0 2,8 2,7 1,6 | 2,1 4,5 1,9 2,6 2,1 2,5 | 2,5 4,4 2,1 3,0 2,0 2,7 | 3,2 4,1 2,2 3,1 1,9 2,0 | 2,6 4,0 2,1 2,8 2,5 2,8 | 3,0 3,9 2,2 3,0 2,0 2,3 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | ×V | % ストローク r. O. | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | X マックス | m3/h 0С m3/h メートルシェア kgf/cm2 んん | 5,0 8,0 0,05 0,8 | 6,0 6,0 0,06 0,7 | 5,5 7,0 0,055 0,6 | 6,0 7,8 0,05 0,75 | 5,6 8,2 0,06 0,5 | 5,2 7,9 0,05 0,9 | 6,1 8,3 0,06 1,0 | 5,4 8,0 0,07 0,85 | 5,3 8,1 0,05 0,50 | 5,7 8,4 0,055 0,80 | 6,2 7,9 0,07 0,94 | 6,0 7,6 0,06 0,65 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | tP | と 分 と 分 分 分 | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | Ψ | 0,75 | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔXР4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | xにm | m3/h 0С m3/h メートルシェア kgf/cm2 んん | 3,8 | 2,6 | 3,0 | 2,9 | 3,2 | 3,4 | 3,1 | 2,9 | 4,2 | 2,8 | 4,0 | 3,6 |
表 10. オブジェクトの動的パラメータと規制プロセスの品質要件
| オブジェクト（コントロールチャンネル） | 動的オプション | 寸法 | オプション | |||||||||||
| ΔX * P2 → Δθ F ΔX * P4 → ΔP | T | 分 分 | 3,4 1,6 | 2,8 1,4 | 2,6 1,9 | 3,2 1,8 | 2,4 1,3 | 2,7 1,5 | 3,1 1,2 | 3,3 1,8 | 2,2 2,0 | 2,8 1,0 | 2,9 1,6 | 2,0 2,1 |
| ΔX * P2 → Δθ F ΔX * P4 → ΔP ΔX P6 → Δθ K ΔX P6 → Δθ B ΔX P3 → Δθ B ΔX P3 → Δθ F | コントロールユニット% ストローク r. O. | 0,58 0,15 | 0,60 0,10 | 0,64 0,075 | 0,80 0,08 | 0,86 0,09 | 0,75 0,15 | 0,82 0,14 | 0,76 0,10 | 0,94 0,08 | 0,76 0,10 | 0,90 0,16 | 0,80 0,10 | |
| K11 K12 K22 K21 | 0,70 0,50 0,80 0,40 | 0,80 0,60 0,90 0,50 | 0,80 0,40 0,70 0,50 | 0,80 0,60 0,90 0,70 | 0,90 0,80 0,70 0,60 | 0,80 0,50 0,80 0,60 | 0,90 0,80 0,90 0,70 | 0,90 0,80 0,80 0,70 | 0,90 0,40 0,80 0,75 | 0,70 0,50 0,60 0,40 | 0,85 0,55 0,70 0,50 | 0,85 0,70 0,90 0,65 | ||
| ΔX * P2 → Δθ F ΔX * P4 → ΔP | τ | 分 分 | 1,5 0,38 | 1,4 0,33 | 1,2 0,44 | 1,7 0,40 | 1,4 0,30 | 1,3 0,35 | 1,5 0,27 | 1,6 0,41 | 1,0 0,46 | 1,3 0,25 | 1,5 0,40 | 1,0 0,50 |
コントロールの質問
1. プロセス制御スキームで ACP をカスケードします。 その構造と機能の原理。 産業およびエネルギーにおけるカスケード ACP の例。
2. プロセス制御スキームにおける自動制御システムの組み合わせ。 構築と運用の原則。 物理的な実現可能性の条件。 産業とエネルギーにおける ACP の組み合わせの例。
ワークショップNo.8（2時間）
本発明は自動制御の分野に関する。 技術的な成果としては、物体や負荷のパラメータを変更する際の速度の向上とオーバーシュートの削減、およびコントローラのパラメータ設定の計算手順の簡素化が挙げられます。 この技術的成果は、対象物の負荷に応じて平均位置が変化する適応型 3 位置コントローラが内部回路で使用されているという事実によって達成されます。 また、内部回路のレギュレータの動作結果に応じて、制御装置を用いて内部または外部レギュレータの制御動作を対象に接続します。 補助パラメータが設定ゾーンを離れると内部制御ループが動作し、ゾーンに戻ると外部制御ループがオンになり、内部ループがオフになります。 この場合、外部レギュレータの出力信号の積分成分は内部レギュレータによって形成され、内部回路のシャットダウン時の３位置レギュレータの平均位置の信号の値に等しくなる。 外部レギュレータの動作へのショックレスな移行、内部回路での強力なリレー制御アクションの形成により、主要パラメータのより高品質な調整が提供されます。 外部回路と内部回路の時間に依存しない動作により、単一回路システムのレギュレータ設定を計算するためのよく知られたエンジニアリング手法を使用することが可能になります。 2 病気。
提案された装置は自動制御の分野に関連しており、分散パラメータを備えた、または少なくとも 2 つの調整可能なパラメータと 1 つの制御アクションを備えたオブジェクトの自動制御システムで使用できます。 従来のカスケード制御方式は図に示す構造を持っています。 1. 技術制御オブジェクト (TOC) には 2 つの調整可能なパラメータがあります。1 つは規制のターゲットであるためのメイン Y1、もう 1 つは主要パラメータの規制の質を向上させるために使用される補助 Y2 です。 メインパラメータ Y1 は、入力信号 Y1 ref、外部 (先行、補正) コントローラ R1、機能ブロック O max および O min を含む外部回路によって制御され、外部コントローラの出力信号を上から下まで制限します。 。 補助パラメータ Y2 は、内部 (スレーブ、安定化) レギュレータ R2 を含む内部回路によって制御されます。 この場合、基準信号 Y2 zd は、内部 (スレーブ) コントローラーに対してマスターである外部コントローラーの制御動作です。 後者 - R2 は、メイン - Y1 と補助パラメータ - Y2 の両方に共通で、入力のアクチュエータ (ID) を介してオブジェクトに対する制御アクションを形成します。 外部回路および内部回路の主パラメータおよび補助パラメータに関する信号は、それぞれセンサD1およびD2によって形成され、タスクY1 zdおよびY2 zdの信号との比較のために比較要素ES1およびES2にそれぞれ供給される。 このようなカスケード システムの実現可能性 (効率) の条件は、メイン Y1 と比較して補助パラメータ Y2 のチャネルに沿ったオブジェクトの慣性が低いことです。 熱交換器出口の温度コントローラーへの割り当てを修正する、反応器内のカスケード温度制御の既知の方法 (「化学工業における自動制御: 大学の教科書」を参照。E.G. Dudnikov 編集 -M.: 化学) 、１９８７、４２〜４３頁、図１．２２）。 この方法では、内部回路は熱交換器出口の自動温度制御システムであり、外部回路は反応器内の温度です。 調整動作 - 蒸気流が熱交換器入口に供給されます。 制御チャネルは 2 つのデバイス (熱交換器と反応器) とパイプラインで構成され、大きな慣性を持つ複雑なシステムです。 物体は、システムのさまざまな点に到達する多数の摂動 (蒸気の圧力とエンタルピー、反応混合物の温度と流量、反応器内の熱損失など) の影響を受けます。 n. 蒸気圧力が乱れた場合、熱交換器出口の設定温度を維持するように内部回路コントローラーが調節弁の開度を変更します。 反応混合物の流量が乱されると、反応器内の温度が上昇し、その結果、熱交換器の温度コントローラーの仕事が発生し、温度を回復する方向に制御バルブの開度が再び変更されます。反応器と熱交換器内の温度。 主要パラメータの調整精度の要件に応じて、外部回路では静的（I、PI）コントローラが使用され、内部回路では原則として高速静的コントローラが使用されます。 。 このようなカスケード制御システムの欠点は、アナログタイプのコントローラの使用と、それに伴う回路ソリューションの複雑さ、つまり外部（先行）コントローラの補正信号の上限と下限を制限する特別な機能ブロックが含まれていることです。 このため、対象となるカスケード制御システムは、規制対象または負荷のパラメータを変更する場合、比較的低速でダイナミクスにおける大きなオーバーシュートが発生するという特徴があります。 規制の質が不十分。 このようなカスケード システムのもう 1 つの欠点は、回路ごとに個別に反復手順を使用する必要があるため、コントローラーの調整パラメーターの計算が複雑であることです (コントローラーの 1 つを調整すると、もう 1 つのコントローラーにはまだ決定されていない最適なパラメーターが含まれます)。 本発明の目的は、レギュレータのパラメータの設定を計算する手順を簡素化するだけでなく、物体または負荷のパラメータを変更する際の性能を向上させ、オーバーシュートを低減することである。 このタスクは、内部ループ コントローラーの補助パラメーターの許容値の上限 Y2"" と下限 Y2" を設定する信号を設定し、外部ループの非静的コントローラーの不一致エラー E1 を決定することで達成されます。この外部コントローラの制御則で決まるアナログ信号を用いて、一定の間隔でアクチュエータを介して物体に作用します。補助パラメータが設定範囲Y2を超えるとき」< 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 известные методы расчета одноконтурных систем аналогового и позиционного действия (см., например, Магергут В.З., Вент Д.П., Кацер И.А. Инженерные методы выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов. Новомосковск, НФ РХТУ, 1994. 158 с.). Применение во внутреннем контуре адаптивного трехпозиционного способа регулирования с подстраиваемой к нагрузке объекта средней позицией (см. авт. св. N 458812. Способ автоматического трехпозиционного регулирования. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И., Беляев Ю.В. Бюл. 4 от 30.01.75) позволяет, с одной стороны, формировать мощное релейное управляющее воздействие, приводящее к увеличению быстродействия системы регулирования и уменьшению перерегулирования основного параметра, а, с другой стороны, обеспечить в это же время нахождение управляющего воздействия примерно соответствующего значению нагрузки и осуществлять благодаря слежению за этим значением интегральной составляющей внешнего контура, безударное переключение управляющего воздействия внешнего регулятора на это значение при его подключении к объекту. Регулятор внутреннего контура дает задание регулятору внешнего контура, причем не по заданию, а по выходному сигналу его интегральной составляющей, обеспечивая тем самым безударность включения внешнего регулятора в момент вхождения вспомогательного параметра объекта Y2 в зону нечувствительности внутреннего регулятора и точную настройку управляющего воздействия на значение нагрузки объекта. Иначе, в предлагаемом способе уже внутренний регулятор становится как бы ведущим по отношению к внешнему регулятору, ставшему ведомым. Таким образом, предложен способ каскадного автоматического регулирования путем измерения вспомогательного параметра объекта и стабилизации его с помощью одноконтурной системы регулирования, измерения основного параметра объекта и стабилизации его с помощью астатической одноконтурной системы регулирования и формирования сигнала задания регулятору внутреннего контура, отличающийся тем, что устанавливают сигналы задания верхнего и нижнего допустимых значений вспомогательного параметра объекта для регулятора внутреннего контура и определяют на заданном интервале ошибку рассогласования для астатического регулятора внешнего контура, воздействующего посредством исполнительного устройства на объект в заданном интервале с помощью аналогового сигнала, определяемого законом регулирования астатического регулятора внешнего контура, при выходе вспомогательного параметра объекта из заданного интервала с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра объекта от верхнего и нижнего допустимых значений, а основного параметра объекта - от заданного значения и одновременно отключают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура, формируют и сохраняют интегральную составляющую этого регулятора на уровне значения средней позиции выходного сигнала регулятора внутреннего контура; при возврате вспомогательного параметра объекта в заданный интервал одновременно отключают управляющее воздействие регулятора внутреннего контура и включают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура. Предлагаемый способ иллюстрируется функциональной схемой, приведенной на фиг. 2. Схема содержит технологический объект управления 1, регулятор внешнего контура регулирования 2 и задатчик 3, блок сравнения 4, регулятор внутреннего контура 5, задатчики верхнего и нижнего уровня 6 и 7 соответственно, блок сравнения 8, устройство управления 9, исполнительное устройство 11, 12 основного и вспомогательного параметров соответственно. Способ каскадного автоматического регулирования осуществляется следующим образом. Непрерывно измеряют с помощью датчика 11 параметр Y1 и стабилизируют его с помощью автоматического регулятора 2 по астатическому закону с воздействием на исполнительное устройство 10. Датчиком 12 непрерывно измеряют вспомогательный параметр Y2 и с помощью задатчиков 6 и 7 формируют величину задания верхнего и нижнего уровня этого параметра. С помощью трехпозиционного адаптивного регулятора 5 автоматически поддерживают значение этого параметра в заданном интервале, воздействуя на исполнительное устройство 10. Устройство управления 9 непрерывно измеряют ошибку рассогласования E2 внутреннего контура регулирования и в зависимости от величины и знака этой ошибки включает регулирующее воздействие, поступающее либо с внутреннего, либо с внешнего регулятора. При выходе вспомогательного параметра из зоны задания с выхода регулятора внутреннего контура 5 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 устройство управления 9 отключает управляющее воздействие внешнего астатического регулятора 2, формируя и сохраняя его интегральную составляющую на уровне значения средней позиции выходного сигнала трехпозиционного адаптивного регулятора 5. Поскольку в предлагаемом способе каскадного автоматического регулирования регуляторы внешнего и внутреннего контуров работают равномерно, то на период отключения регулятора 2 внешнего контура от исполнительного устройства 10 канал связи между выходами регулятора 5 и 2 используют для подачи сигнала средней позиции адаптивного регулятора 5 в регулятор 2 для формирования в нем интегральной составляющей, равной сигналу средней позиции регулятора 5. Таким образом, по каналу, помеченному разнонаправленными стрелками, сигнал проходит то с выхода регулятора 2 к исполнительному устройству 10, то от регулятора 5 (со звена формирования средней позиции) к регулятору 2 (в интегральную составляющую регулятора). Рассмотрим применение данного способа для различных известных систем каскадного регулирования. Так для способа-аналога - каскадное регулирование температуры в реакторе - он сводится к следующему: основным параметром объекта регулирования является температура Т р в реакторе, а вспомогательным температура Т т на выходе теплообменника. Для последней устанавливают два значения ее задания - больше номинального Т т "" и меньше Т т ". Для реактора устанавливают заданное значение температуры Т рзд и поддерживают ее обычным ПИ-регулятором по одноконтурной системе регулирования. При отклонении температуры реактор Т р от задания одновременно отклоняется от номинала и температура Т т на выходе из теплообменника, причем, выбег последней за пределы зоны, т.е. за значения Т т "" или Т т " происходит быстрее, чем произойдет отклонение Т р от Т рзд на величину требуемой точности регулирования (из-за меньшей инерционности объекта по каналу: температура на выходе теплообменника Т т -управляющее воздействие Gn по пару и соответствующего выбора значений Т т "" и Т т ". Происходит срабатывание адаптивного позиционного регулятора и формирование им релейного управляющего воздействия на объект по Gn (верхнего Gn"" или нижнего Gn", направленного на возврат Т т в зону, к Т рзд. Одновременно позиционным воздействием на объект происходит формирование нового значения средней позиции этого регулятора Gn ср, соответствующего новому значению нагрузки объекта или эквивалентному ей изменению его параметров. Это новое значение отслеживается в интегральной части ПИ-регулятора, который при управлении объектом посредством внутреннего адаптивного позиционного регулятора отключен от управления объектом. При вхождении Т т в зону за счет мощного и быстрого позиционного управляющего воздействия (затем, что оно будет мощнее и быстрее воздействия даже ПД-регулятора, используемого в способе прототипа) происходит переключение на новое значение Gn ср как в регуляторе внутреннего контура, так и в подключаемом к управлению объектом вместо него ПИ-регуляторе, т.е. управление объектом начинается с нового значения управляющего воздействия, равновесного (или близкого) к новому значению нагрузки. Последнее, наряду с быстрым возвратом Т т в зону, а Т р к Т рзд, также обеспечивает повышение качества регулирования по предлагаемому способу. Рассмотрим второй пример применения способа для автоматического регулирования работы дефлегматора в процессе перегонки по авт. св. N 971395. Магергут В.З., Бебелис В.Я., Масленников И.М., Бюл. 41 от 07.11.82. Объектом является дефлегматор, в котором необходимо поддерживать температуру Т д на его выходе (основной параметр). Для повышения точности предложен традиционный способ каскадного регулирования, в котором в качестве вспомогательного параметра используется Р д внизу дефлегматора, т.е. на его входе. Управляющим воздействием является расход хладоагента Gx в дефлегматор. Для увеличения эффективности работы этой системы также можно использовать предлагаемый нами способ. Для внутреннего контура на базе адаптивного позиционного регулирования потребуется задать два значения давления на входе в дефлегматор: Р д "" и Р д " - соответственно больше и меньше номинального. Работать способ будет аналогично рассмотренному для объекта первого примера. Улучшение качества регулирования будет достигнуто как за счет большого быстродействия и более мощного воздействия внутреннего контура, так и нахождения одновременно с этим воздействием нового равновесного значения управляющего воздействия, соответствующего новому значению адаптивной средней позиции внутреннего регулятора. За счет автономности работы каждого из контуров регулирования (внешнего и внутреннего) настройка регуляторов как в первом, так и во втором примерах, естественно будет проще, чем для прототипа. Аналогичным образом быть видоизменены и все другие применяющиеся в промышленности системы автоматического каскадного регулирования, имеющие два регулируемых параметра (основного и вспомогательного) при одном управляющем воздействии при дополнительном условии, чтобы управляющее воздействие не являлось одновременно и вспомогательным параметром. В настоящее время авторы занимаются внедрением предлагаемого способа на ряде предприятий Тульской и Рязанской областей: АО "ОРГСИНТЕЗ" и НАК "АЗОТ", АООТ "Ключанский спиртзавод", причем, как путем замены существующих способов автоматического каскадного регулирования, так и самостоятельного внедрения предлагаемого способа для ряда объектов, со всеми вытекающими экономическими эффектами.
これは、出力パラメータ j が測定できないいくつかの外乱の影響を受ける場合に、複雑なオブジェクトに使用されます。 この場合、中間パラメータ j 1 を持つ測定可能なオブジェクトが選択され、オブジェクトの規制はそれに基づいています。 最初の制御ループを取得します。 このコントローラーは、出力パラメーター j に影響を与える、複雑なオブジェクトに作用する一部の摂動を考慮していません。 パラメータ j に従って、2 番目の制御ループが構築されます。 第 2 の回路のコントローラは、第 1 の回路のコントローラの動作を制御し、その動作が出力パラメータ j に対する外乱の影響を補償するようにその基準を変更します。 これがカスケード制御（第 1 制御カスケードと第 2 制御カスケード）の意味です。
米。 5.18 ボイラードラム内の水位の ACS 図:
H b - ボイラードラム内の水位。 D ppは過熱蒸気の流量（l）です。 W c - 給水消費量（m vol）; ZD– セッター (レベルの値を設定します) H b,0); WEC - 節水装置。 PP - 過熱器
これを、外乱のある 3 つの物体の直列接続からなる複雑な物体の制御回路で考えてみましょう (図 5.19)。
中間パラメータ j 1 のコントローラは、それを一定に保ち、j 1.0 に等しく保つ傾向があります。 これが規制の第 1 カスケードです。
このコントローラーは摂動 l 1 のみを考慮します。 摂動 l 2 および l 3 は出力パラメーター j に影響を与えます。 コントローラー j (調整の第 2 段階) は、変数タスク ( ZPZ) は、最初の回路への割り当てを値 ±Dj 1 だけ変更します。 このタスクの追加を受け取ると、コントローラj 1 は、出力パラメータjに対する外乱l 2 およびl 3 の影響を補償するような方法でパラメータj 1 を変更する。 レギュレーターj（2段目）最初のレギュレータ (j 1 の場合) の動作を修正するようなものです。 コレクティブレギュレーター（CR）と呼ばれる.
米。 5.19。 カスケード制御方式:
ZD- セッター; ZPZ– 変数設定ジェネレーター; KR - 補正レギュレーター
カスケード制御の例は、共通の蒸気本管で動作する複数のボイラー間の熱負荷の分散です (図 5.20)。
米。 5.20。 一般的な蒸気本管で動作するボイラーの熱負荷の調整: RSZ - タスク信号の乗数。 GKR - メインの補正レギュレーター
2 つのボイラーが流量で蒸気を蒸気ラインに供給します D k1と D k2。 蒸気ラインからタービンに蒸気が流れます T 1 ; T 2と T 3 経費あり D T1; D T2と D T3。 ボイラーから流入する蒸気流量とラインからタービンへ流出する蒸気流量との間にバランスがある場合、ライン内の蒸気圧力は R mは変わりません( R m,0)。
タービンが多かれ少なかれ蒸気を消費し始めると、ラインへの蒸気流入とラインからの蒸気の流れのバランスが崩れ、圧力が低下します。 R mを調整する必要があります。 ボイラーはこのシステムの中間オブジェクトです。 に 1と に 2、および中間パラメータ - ボイラーの熱負荷 D q1と D q2. それらに基づいて、熱負荷コントローラーが構築されます ( RTN）、燃料（ガス）の供給を制御します。 これは規制の最初のカスケードです。
レギュレータは熱負荷を一定に保ちます D q 1.0 および D q 2.0 、つまり蒸気消費量 D k1と D k2。 ライン圧力が R mが変化し始める(パラメータj)、圧力調整器が作動する R m (これは 2 番目のカスケード)、圧力偏差 ±D の大きさに応じて R m =( Rメートル - R m,0) は出力で信号を生成し、基準信号 ( RSH) ボイラー熱負荷調整器の動作を制御します ( RTN)、±D の値でタスクを変更します。 D q . この信号に従って、PTH レギュレーターはボイラーへの燃料供給を変更し、それによって蒸気の流量の生成を変更します。 D k1と Dライン内の圧力を回復するような方法で k2 Rメートル。
これらの調整方法で望ましい結果が得られない場合は、外乱を制限することになります。
講義で取り上げられる問題:
1. カスケード CAP 内の同等のオブジェクトは何ですか。
2. カスケード ACP の有効性の説明。
3. カスケード ACP を計算する方法。
4. 導関数に追加インパルスを加えた ASR の計算。
カスケード制御システムは、1 つのコントローラーの出力信号が基準として別のコントローラーに送信されるシステムです。 オブジェクトの主パラメータと補助パラメータは、それぞれ入力信号としてこれらのレギュレータに供給されます。 この場合、メイン コントローラーのみが独立したリファレンスを持ちます。 補助レギュレータの出力信号は、オブジェクトの制御アクションとして供給されます。 通常、オブジェクトの高速部分と補助レギュレータによって形成される補助閉制御ループは、主制御ループの内側に配置されます。 図1.8.1にカスケード制御システムの概略図を示します。 カスケード制御システムは以下を提供します。
１）補助制御ループに影響を与える外乱の高速補償。その結果、これらの外乱によって主パラメータが設定値から逸脱することはない。
1 – メインレギュレーター; 2 – 補助レギュレーター。 3、4 - オブジェクトの高速動作部分と低速動作部分
図1 - カスケード制御の仕組み
２）補助制御ループの形成により、オブジェクトの高速部分における位相シフトが大幅に減少し、メインループの速度が増加する。
３）補助制御ループの伝達係数を変更することにより、物体の高速部分の伝達係数の変化を補償する。
4) 物体への物質またはエネルギーの必要な供給
したがって、オブジェクトの遅延が非常に大きい場合と同様に、制御パラメータを高精度で所定の値に維持する必要がある場合には、カスケード制御システムを使用することをお勧めします。 たとえば、補助制御ループは、それ自体の遅延を克服するために、オブジェクトの積分要素の周囲で閉じることができます。 流量は補助変数として使用できます。これは、このパラメータの制御ループの速度により、主制御変数の大幅な逸脱が防止されるためです。
カスケード制御システムを作成するには、まず許容可能な中間変数を特定する必要がありますが、これは場合によっては非常に困難です。
カスケード流量制御システムは、物質を物体へ、または物体から連続的に供給するために使用されます。 通常、流量制御はバルブに供給される空気圧を非線形特性で変化させることで行われます。 この場合、パラメーターの現在値の測定が可変差圧法 (センサーの出力信号が流量に非線形に依存する) によって実行される場合、両方の非線形性が互いに打ち消し合います。外。
熱交換または混合プロセスの制御における補助回路で可変差圧方式を使用すると、さらに困難が生じる可能性があります。 物体の制御パラメータが流れに対して線形であると仮定します。 メインレギュレータの出力は差圧に比例し、差圧は流量の二乗に正比例して変化します。 したがって、ループゲインは流量に反比例して変化します。 ただし、多くのプロセスは起動時に制御する必要があります。 さらに、施設内で低い流量を長期間維持する必要がある場合が多く、これは非常に困難です。 メインレギュレータが手動制御に切り替えられていない場合、流量ゼロ付近で制御ループ内で非減衰発振が発生します。 これを防ぐには、補助回路を線形化するために流量測定ラインに平方根を抽出する装置を含めることをお勧めします。
フロー制御ループの発振周期は通常、数秒です。 したがって、熱伝達または混合プロセスを調整する際、カスケード スキームでは流量が主なパラメータとして使用されません。
沸騰する液体または凝縮する蒸気のレベルを調整する場合、流量補正を備えたカスケード制御システムが使用されます。 このようなシステムでは、主回路の固有振動周期が流量制御ループの振動周期よりも大きくなります。
カスケード温度制御システムは非常に広く使用されています。 化学反応を行う場合、高品質な制御を実現するために、反応器温度コントローラーの出力信号は通常、冷却材温度コントローラーの設定チャンバーに送信されます。つまり、反応器温度に基づくカスケード冷却材温度制御スキームが使用されます。 熱伝達の強さは反応物と冷媒の温度差に依存するため、冷媒温度の現在値がプロセスに影響します。
制御システムの動作は、補助制御ループの非線形性と位相シフトの影響を受けます。 このようなシステムでは、補助温度コントローラーの比例帯は通常 25% を超えないため、このコントローラーの非静的コンポーネントの作用は無視できます。
非静的成分は常に主回路内で作用するため、冷媒温度のわずかなオーバーシュートはシステムの動作に大きな影響を与えません。 補助回路に非静的コンポーネントが存在しても、温度変化率はわずかに減少するだけです。 バッチ反応器で冷却剤の温度を制御する場合、非静的コンポーネントは使用されません。 通常、カスケード制御システムを設計するときの主なタスクは、主温度制御ループと補助温度制御ループの固有振動の周期の比率を決定することです。 両方の回路で同じ測定方法が使用される場合、回路の固有周期間の比は線形であるため、主回路のゲインは一定になります。
カスケード ACP の計算には、主チャネルと補助チャネルのオブジェクトの特定の動的特性に対する主コントローラと補助コントローラの設定を決定することが含まれます。 主レギュレータと補助レギュレータの設定は相互に依存しているため、反復法によって計算されます。
各反復ステップで、コントローラーの 1 つが同等のオブジェクトを条件付きで参照する、縮小された単一ループ ACP が計算されます。
メイン コントローラーの同等のオブジェクトは、閉補助ループとメイン コントロール チャネルの直列接続です。
W E (p) \u003d [- R 1 (p) / 1 - W (p) * R 1 (p) ] * W (p), (1)
ここで、R 1 (p) は補助コントローラーの伝達関数です。
W(p) \u003d W 1 (p) * W 2 (p) - オブジェクト伝達関数
補助レギュレータと同等のエンティティは、補助チャネルとメインの開ループの並列接続です。
W E 1 (p) \u003d W 1 (p) - W (p) * R (p)、(2)
ここで、R (p) はメインコントローラーの伝達関数です。
最初の反復ステップに応じて、カスケード ACP を計算するには 2 つの方法があります。
1つ目の方法。 計算はメインレギュレーターから始まります。 この方法は、補助チャネルの慣性が主チャネルの慣性よりもはるかに小さい場合に使用されます。 最初のステップでは、主回路の動作周波数が補助回路の動作周波数よりもはるかに低いと仮定します。 その後：
W E (p) \u003d W 2 (p)。 (3)
2 番目のステップでは、同等のオブジェクトの補助コントローラーの設定が計算されます。
近似計算の場合は最初の 2 ステップまでに限定されます。 正確な計算を行う場合、連続する 2 回の反復で見つかったコントローラー設定が指定された精度と一致するまで計算が続行されます。
2番目の方法。 計算は補助レギュレーターから始まります。 最初のステップでは、外部レギュレータが無効になっていることを前提としています。 したがって、最初の近似では、補助コントローラの設定は、次の式から補助制御チャネルの単一回路 ACP から求められます。
W E 1 (p) \u003d W 1 (p)。 (4)
2 番目のステップでは、メイン コントローラーの設定が等価オブジェクトの伝達関数から計算されます。 補助コントローラーの設定を調整するには、伝達関数に従って計算が実行されます。 計算は、連続する 2 回の反復で見つかった補助コントローラーの設定が指定された精度と一致しなくなるまで実行されます。
中間点からの導関数にインパルスを追加した ACP .
このようなシステムは通常、制御された技術パラメータ (温度や組成など) が空間座標に沿って分布するオブジェクトの自動化に使用されます (コラム型またはチューブ型の装置など)。 このようなオブジェクトの特徴は、主な調整可能な座標が装置の出口における技術パラメータであり、外乱が装置の長さに沿って分散され、制御アクションがその入力に適用されることです。 同時に、単一回路の閉じた ACP は、制御チャネルの慣性が大きいため、過渡プロセスの適切な品質を提供できません。
装置の中間点からコントローラ入力に追加インパルスを加えると先行信号が得られ、出力座標が設定値から外れる前にコントローラが動作します。
静的誤差のないレギュレーションを保証するには、定常状態条件で追加のインパルスが消える必要があります。 この目的のために、コントローラの入力信号が e=y+y’ 1 –y 0 に等しくなるように、補助座標が実数微分リンクを通過します (図 1.9.1a)。 定常状態では、y' 1 =0、e=0のとき、y=y 0 になります。
a – オリジナルのスキーム; b - カスケード ASR スキームに変換
図 2 - 中間点からの導関数に追加インパルスを加えた ASR の構造図
追加のインパルスを導入する効率は、その選択のポイントによって異なります。 後者の選択は、オブジェクトの動的プロパティとその動作条件によって、それぞれの具体的なケースで決定されます。 したがって、デバイスの開始時の y 1 の測定は、制御チャネルを介して到来する外乱に対する追加のインパルスに相当します。 この場合、微分デバイスは動的摂動補償器の役割を果たします。 オブジェクトの出力で y 1 を測定すること (y 1 =y) は、主座標の導関数を導入することと同等です。 オブジェクトごとに、追加のインパルスをサンプリングするための、調整の品質が最高となる最適な場所を選択できます。
このような制御システムの計算は、適切な変換後のカスケード ASR の計算に似ています。 図 2b のカスケード接続された ASR では、外部レギュレータの役割は伝達関数 R d -1 (p) とのリンクによって果たされ、内部レギュレータの役割は直列接続されたレギュレータと微分器によって果たされます。上記レギュレータの伝達関数はそれぞれ等しい。
図1。 リアクタージャケット内のカスケードPID温度調節器の構造
図2. 反応器還流冷却器のカスケード型 PID 温度コントローラーの構造
1. 規制当局
一般的なポイント
– 制御サブシステムは 4 つの PID コントローラーで構成され、2 つの制御カスケードを形成します (図 1、図 2)。
– マスターコントローラーとスレーブコントローラーの制御（動作モードと設定値の変更）は、リアクターが動作中かどうかに関係なく、「設置ステータス」ニーモニックダイアグラムとコントローラーウィンドウの両方から常に許可されます。
レギュレータの冗長性
– 信頼性を高めるためにシステムに冗長レギュレーターが装備されています。 ソフトウェア レギュレータはメイン レギュレータとみなされ、ハードウェア レギュレータ (SIPART DR22) はバックアップ レギュレータとみなされます。
– ソフトウェア コントローラー設定に従ってハードウェア コントローラー係数 (伝達係数、積分時定数、微分時定数) を変更するには、ソフトウェア コントローラー設定ウィンドウの [適用] ボタンを押します。
ソフトウェアコントローラーの構造
ソフトウェアコントローラの構造を図1、図2に示します。
レギュレータ制御
– リアクトルの 4 つのレギュレータはすべて、レギュレータのウィンドウまたはニーモニック ダイアグラム「設置ステータス」から制御されます。 窓の外観を図1、図2に示します。
– リアクターの 4 つのレギュレーターのそれぞれに、2 つの形式を持つ個別のウィンドウがあります。メインのウィンドウは「レギュレーター制御ウィンドウ」、補助的なウィンドウは「レギュレーター設定ウィンドウ」です。 これらのフォーム間の切り替えは、ボタンを押すか、ウィンドウの右上領域で実行されます。
– 「RAMP」ボタン（冷蔵庫用の主要なレギュレータのウィンドウでのみ利用可能）を押すと、ランプを設定および制御するためのウィンドウが開きます（図2を参照）。
– ランプ自体は、「遷移時間」時間中の「初期値」値から「終了値」値までの温度基準の線形変化です。
– ランプ設定および制御ウィンドウは、ランプの進行状況を監視するように設計されており、オペレータがランプを制御する機能も提供します。
– 初期状態では、ランプが非アクティブで、「停止」ボタンが押され、「開始」ボタンと「一時停止」ボタンが放され、「一時停止」ボタンは使用できなくなり、「終了値」と「遷移時間」が表示されます。 「」フィールドは入力可能で、「開始値」フィールドには現在の温度値が表示され、「経過時間」フィールドと「残り時間」フィールドにはゼロが表示されます。
– ランプがアクティブになると、「停止」ボタンと「一時停止」ボタンが放され、「開始」ボタンが押され、「一時停止」ボタンが使用可能になり、すべてのフィールドに入力できなくなります。
「初期値」フィールドには、「開始」ボタンを押した後、またはランプシステムを開始した後、コントローラーのタスクのスムーズな変更が開始された温度値が表示されます。
「終了値」フィールドには、ランプの終了後に設定されるコントローラー参照の値が表示されます。
「Fade Time」フィールドには合計ランプ時間が表示され、「Elapsed Time」フィールドにはランプの経過時間が表示され、「Remaining Time」フィールドには残りのランプ時間が表示されます。
– 「移行時間」時間が経過すると、コントローラの割り当ては「最終値」の値と等しくなり、入力フィールドとボタンは初期状態に戻ります。
オペレーターによるランプの実施
– システムは、オペレーターのコマンドで、オペレーターが指定した設定でランプを実行する機能を備えています。
– ランプを開始する前に、オペレーターは「終了値」フィールドと「遷移時間」フィールドに必要な値を入力します。
– 重合段階の開始から、最初に計画された水の追加投与の開始まで、オペレーターが「最終値」フィールドに反応器内の現在の温度より大きい値を入力することは禁止されています。
反応器が運転中の場合、重合段階の開始前、および最初に計画された水の追加投与が開始された瞬間から、オペレーターは設定およびランプ制御ウィンドウの入力フィールドにランプ制御ボタンを入力できません。オペレータが押すことはできません。
反応器が運転中でない場合、オペレータはセットアップおよびランプ制御ウィンドウの入力フィールドを入力でき、オペレータはランプ制御ボタンを押すことができます。
– ランプを開始するには、オペレータが「開始」ボタンを押し、同時に「停止」ボタンを放します。
– ランプ中、「初期値」出力フィールドには、「開始」ボタンを押した後にコントローラーの基準値の滑らかな変化が開始される温度値が表示されます。
– ランプ中にパラメータ (最終値または遷移時間) を変更したい場合は、「一時停止」ボタンをクリックする必要があります。 この場合、「開始」ボタンを押したままにし、「停止」ボタンを放すと、「終了値」と「遷移時間」の入力フィールドが入力可能になります。 レギュレータタスクのRAMPサブルーチンによる変更と「経過時間」フィールドの経過時間のカウントダウンは一時的に停止されます。
– 新しいランプパラメータを入力フィールドに入力した後、オペレータが「一時停止」ボタンを放すと、「残り時間」出力フィールドの値が自動的に再計算され、新しいパラメータとカウントダウンでタスクをスムーズに変更するプロセスが開始されます。 「経過時間」フィールドのランプ時間が再開されます。
– 「残り時間」フィールドの新しい値の計算は次のように実行されます。 「一時停止」ボタンを押す前のランプが一時停止中に「移行時間」フィールドに入力した時間よりも長く続いた場合、残り時間はゼロに等しくなり、レギュレータのタスクは「最終値」の値に等しく設定されます。分野;
– 2 つの場合:「開始」ボタンを押した場合と「一時停止」ボタンを放した場合、シャツの先頭レギュレータへの割り当てはランプの「終了値」より 1 度低く設定されます。
規制当局の機能
– 4 つのリアクター調整器にはすべて、手動と自動の 2 つの動作モードがあります。 手動モードでは、フィードバックがオープンになり、PID アルゴリズムは機能しません。オペレーターとシステムはバルブの制御動作を変更できます。 自動モードでは、フィードバックは閉じられ、PID アルゴリズムが機能し、オペレーターとシステムは温度設定を変更できます。
– 4 つのリアクトル レギュレータは、それぞれマスター レギュレータとスレーブ レギュレータを備えた 2 つのカスケード制御スキームに結合されます。 スレーブ レギュレータとマスター レギュレータが自動モードの場合、カスケードは閉じていると見なされます。
– スレーブが手動モードの場合、マスター コントローラーは自動制御モードになることはできません。 オペレータまたはシステムがスレーブ コントローラを手動モードに切り替えると、マスターも手動モードに切り替わり、カスケードが開きます。 オペレータまたはシステムがスレーブ コントローラを自動モードに切り替えた場合、マスター モードは変更されず (手動のまま)、カスケードは開いたままになります。 マスター コントローラーは、スレーブが自動モードの場合にのみ自動モードに切り替えることができます。
– マスター レギュレータが自動モードでオンになっている場合、マスター レギュレータの制御動作をスレーブ レギュレータのタスクと同等に事前設定することにより、カスケード クローズが保証されます。
