Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Структуры Управа ВИИИ 250 (" Алгоритм управления ') цс:= А1) !прог(сЫ); у:= АП !прог(с)12); е:= цс — у; ррагг;= К"е; с)рагс:= х — (с3'у); цс(:= пО + ррагг + !Рагс + г) рагц 1г(в1 < шшп) с)зепи:= пппп еЬе !з (пс) < шпах) с!зеп и:= пб еЬе ц:= шпах; 1)А опгрш (сЫ, и); (* ввод опорного значения, *) (* аналоговый вход *) (" ввод измерения, аналоговый в (' вычисление ошибки управления ° (' пропорциональная часть *) (* дифференциальная часть, *) (' уравнение (6.39) *) (" выход регулятоРа до ограничения ) (* сигнала *) (' функция ограничения ') ("вывод аналогового сигнала *) (" управления п, канал вывода 41*) !Рагс:= !Рагс -ь с1*е ь с2*(п — пг!); (* интегральная часть с *) (" "ангинасьпцением", уравнение (6.35) ') х:= Ьега'х + с4*у; (" обновление состояния,') (* уравнение (6.41); с4 вычислено ') (' предварительно* ) Серийный ПИД-регулятор изображен на рис.
6.15. На передней панели регулззв. ра отображаются опорные и текущие значения выход ных величин процесса. Воре ключение с ручного режима на автоматический осущ ествляется кнопками. Произв оики гих пзрв клавиши используются для изменения опорных значений и настр дру метров регулятора.
- Пид гулятор (с разрешения компании Л!1а 1-зтз! Апвошзв!О рис. Ь.15. Серийиыи 1Пввпия) 9 Применение проблемно-ориентированного блочного языка 6,5,9 ,тгоритмов регулятора можно использовать любой последовательный язык продля ач „ования. Однако на практике обычно используются проблемно-ориентирован,1ыиров' ки высокого уровня, так называемые блочные языки (Ыосй 1апдиадез).
Как и для лыс язьш мируемых логических контроллеров (раздел 7.3), функции управления принято орогрзы'"' „изображать в виде блоков, на которых помечены лишь входные и выходные сиг- ООЫЧПО 1' а сам алгоритм не отображается. Естественно, что параметры управления могут вазы, а сз' шться управляющим компьютером. На рис.6.16 показано типичное описание яви ввить В)4д Регулятора на блочном языке. Разработчик с помощью специальных программных в должен лишь пометить входы и выходы каждого блока регулятора соотвегствуоредств д по!ими „ми именами переменных и затем соединить блоки между собой и с другими элемен- тзв1И ыи схемы.
Все это выполняется непосредственно на экране компьютера. вв, 4,1 ~уи п я б, к- двух Пнд И ИЫХ "алому аналоговому ус~ройству через селектор На рн кс представлены ва ПИ -Регулятора, при ш ход одного из двух Регуляторе~ ° тся с помощью двоичного сигнала, ' Выхо смоги на переключатель; затем" пиление поступает па аналоговый лввае м выбранное зна д"ой блок.
Вход А'с!ТО предста" л оичвзую переменную для перецо вляет собой дв оче кий режим управлеи епня с ручного на автоматически ' У р пения, Опорное значение пода- Глава б. Структуры управ ннрр 253 252 ее!рнер ееерение скереееи ется на вход КЕР, а измеренное значение выходной величины процесса — па „ обратной связи РВ. Предельные значения управляющего сигнала помечены пар и НЦп)р) и ЕОр',рч) Эначсния параметров настройки р~~у~~~~р~ К 7 и 7 фи иент усиления, постоянные времени интегрирования и дифференцировав„ фц, е! р) показаны ниже его символа. Аналоговая выходная схема описывается ее номером, пала и рабочим диапазоном.
В дополнение к функциям последовательного упрзвления многие преп!ам „„, пакеты для промышленных приложений включают в себя блоки регуляторов В ченные блоки для решения стандартных задач включаются в библиотеки претр либо в виде готовых к исполнению (возможно, после релактирования связей!) н, программ, либо в виде включаемого исходного кода, который пользователь ио при необходимости модифицировать.
Пользователь, кроме того, может разрабша „ собственные блоки, реализующие специальные алгоритмы. Некоторые из подобаю программных пакетов обеспечивают обльшую гибкость, чем непосредственна ПИД-регуляторы, Это позволяет создавать достаточно сложные программна!е структуры при относительно малых затратах. 6.6. Управляющие структуры, основанные на ПИД-регуляторах 6.6.1. Каскадное управление Ограниченность обычного регулирования на базе обратной связи заключаека в том, что коррекция возму!цений начинается только тогда, когда выходная валяла.
на регулируемого процесса отклоняется от опорного значения. Ка у'' . К к обс жданжр в разделе Б.З, упреждающее управление существенно улучшает регулирование нре цессов с большими постоянными времени или временными запер упреждающее управление требует, чтобы возмущения измерялись явным о рарек а для расчета их влияния использовалась точная модель процесса. В предыдущем анализе опорное значение ие всегда указывал !ватось явно.
Это 3"ане' ние может быть либо введено оператором с клавиатуры, либо сч ,. и о считано из внутрен"'а памяти компьютера, либо введено в систему иным способ !.. р р, "ом. Нап имео, выхолох" гого; такая схема го из регуляторов может являться опорным значением лля лру зывается каскадным регулированием р',саесаые соп1го ). 1) ,гура. Используя две точки измерений одной и тон же величи ! л ! ыи ополнительныйре.
цесса пре тор с обратной связью, можно существенно улучшит ли: у Р ь намик еакции процес ~ксир~ изменении нагрузки. Второи латчик размещается таки. 'р', Ф" кс м об азом, чтобы он фикс воздействие на процесс прежде, чем оно скажется на выходной величине; при з ного ре ">' необходимости измерять сами возмущения. Это и со ставляет суть каскадного опориой"'~ рования Оно особенно полезно, если возмущен с нее гостолниеотноситсн к опора аае ер кла ным, наприме менной или если исп полнительный механизм является нелиней илилвигательснелинейнымиэлектролинамическими характеристиками. Примера б б Управление электроприводом а ассмрртр' Система управлени ения положением и скоростью электропривола ра п елста иалась в разделе 4.7.2. Каскадная структура (рис. 4.32) в этом случае пР улравлающие стРУктУРы, основанные на ПИД-РегУлитоРах 5 л тает собой1 стандарт ое решение В принципе, скоростью меж о управлять еп ющью одного регулятора в стандартной конфигурации с обратной связь такое устройство лолжно измерять скорость, вычислять ее отклонение от опо „рного значения и затем вырабатывать необходимое напряжение лля корре правки скорости двигателя.
Однако в этом случае регулятор должен учит ать большое количество факторов, и поэтому он окажется сложным и целебным в эксплуатации. Каскадная структура для решения этой задачи управления привелена на рис 5 1 7. РЕГУЛЯТОР СКОРОСтн бл1 ВЫЧИСЛЯЕТ СООтВЕтет ВУЮЩИй МОМЕНТУ ВЫХОД- „ли сигнал, который требуется для разгона яви та геля ло заданной скорости. Ток л, необходимый для создания это~о момента, вычисляется из математической гетр „олени двигателя. Эта модель представлена здесь просто коэффициентом усинения Кр что достаточно для двигателей постоянного тока. "с 6.17, Ело схема каскадного управления угловои скоростью в систем электро ' Р ий контур регулирования управляет током, необходимым лля сонут енн ента.
Выход регулятора Слз представляет собой управляющий сигани моме ементов силовой электроники, обеспечивающих необходимое палая эле, ннрен ние питания двигателя. : нм передаточную функцию от опорного значения тока А к текуще"мчнслн ге/ Ротора й Силовая электроника и электрическая схема двигателя пре— на лены ы соответственно пеРецаточным" функциами Сл и С (РеальнаЯ систенее!нн- А Мл ейна, однако эти более простые ч'ункции лостаточны для качественной 'Ь1Юст Рации принципа).
Передаточная функция внутреннего контура Глава б. СТРУквВЛвы УпРавп пени; 1(5) 6дз ' 6д ' 6м! 6~(5) 1,,~(5) 1 ж 6дг ' 6л ' бм1 Если усиление 6дз велико, то передаточная функция 6т стремится к ед„„„ це и практически н ки не зависит от изменений передаточных функций свлпвпй электроники и электр ектрической части двигателя. Нелинейное поведение двн геля или элементов силовой электроники можно моделировать, например „, едаточными функциями с переменными коэффициентами. К <выходурегулято а гулятора скорости подключены последовательно три достат „ но простые и д ые подсистемы — линейный усилитель с коэффициентом усилвппи К, равления током 6и (65 близко к единице) и механическая часть г, контур управлен двигателя 6мз, каскадная структура устраняет многие сложности, присуюв, силовоиэлектроник кт онике и динамике двигателя. Помимо этого, обратная связь, уп.
равляющая током ротора, обеспечивает еще одну функцию: поскольку тпк пв. тора должен быть ограниченным, внутренний контур решает и эту задачу. Каскадная структура удобна и для первоначального пуска системы упрввхввв Сначала настраивается внутренний контур. Поскольку этот контур упрощает диквки ку работы внешнего контура, то настройку последнего произвести легче. Прн нашввй ке внешнего контура не требуется изменять параметры внутреннего контура.
В вщ торых случаях, например при управлении положение, о м си двигателя, добавлягльп ( .Пл одинконтур,внешнийпоотношениюкконтурууправлени р (р яско остью( ис.4.34, л стройка этого контура позиционирования производи тся таким же обоазом. Отметим две особенности каскадной структуры.