Автоматическое регулирование технологических процессов в промышленности получает все большее распространение. Область применения автоматических регуляторов непрерывно расширяется, а требования к качеству регулирования систематически повышаются. Создание новых агрегатов больших мощностей и технологических процессов с высокими и сверхвысокими параметрами рабочих тел существенно усложняет управление ими.
Наряду с необходимостью создания рациональных схем автоматического регулирования, улучшения конструкций средств автоматизации и повышения их надежности приобретает особое значение качество динамической настройки регуляторов применительно к тому или иному объекту. Актуальность этого тем более очевидна, что в разработке конструкций регуляторов и их изготовлении участвует сравнительно небольшое число квалифицированных лиц, в то время как настройкой регуляторов занимаются широкие круги инженерно-технических работников. Успешное решение этой задачи возможно в том случае, если наладке автоматического регулятора будет предшествовать обоснованный расчет не только статической, но и динамической его настройки для конкретного объекта.
В последние годы вышло в свет большое количество книг по вопросам теории регулирования и современным методам исследования систем автоматического регулирования. Однако не будет преувеличением заметить, что эти, несомненно, ценные и важные монографии и сборники трудов не всегда доступны для многих работников-практиков, которые вынуждены решать конкретные задачи автоматизации технологических процессов в энергетике, химии, металлургии и других отраслях промышленности. Вместе с тем имеющиеся немногочисленные пособия и рекомендации по динамической настройке систем регулирования, основанные на приближенных методах, теперь уже часто не соответствуют современным требованиям.
Данная работа ставит своей целью, хотя бы частично, восполнить указанный пробел и дать в руки инженера-практика, работающего в области автоматизации, систематизированное изложение основ расчета настройки регуляторов современным частотным методом. При этом в книге используется лишь минимальный математический аппарат, необходимый для расчета. Как правило, опускаются выводы уравнений и формул, а интересующиеся происхождением последних могут расширить свои познания, изучая труды по теории регулирования.
В работе содержится описание различных методов экспериментального определения и способов преобразования динамических свойств технологических объектов; приводятся краткие сведения об элементарных звеньях системы регулирования, законах регулирования и динамических характеристиках некоторых распространенных регуляторов.
Значительная часть книги посвящена непосредственно методам расчета настройки регуляторов. Все основные положения иллюстрируются конкретными примерами.
Основным материалом для написания книги послужили работы Всесоюзного теплотехнического института имени Дзержинского, Центрального научно-исследовательского института комплексной автоматизации и других организаций, а также лекции, читаемые автором в Московском энергетическом институте.
Материал книги, как указывалось, рассчитан на инженеров, работающих в области автоматического регулирования промышленных объектов, и может быть в некоторой мере полезен студентам вузов, специализирующимся по автоматике.
Автор выражает искреннюю признательность Е. Г. Дудникову и В. М. Рущинскому за ценные советы и замечания, сделанные ими при просмотре рукописи, и с глубокой благодарностью признает большой труд Н. И. Давыдова по редактированию книги.
Автор
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие...........- .
Глава первая. Способы представления и методы экспериментального определения динамических свойств регулируемых объектов ........................... 9
1-1. Общие положения.......................... 9
1-2. Дифференциальные уравнения объектов............... 10
1-3. Временные характеристики ..................... 11
а) Кривые разгона.......................... 11
б) Импульсные характеристики.................... 15
в) Волновые импульсные характеристики................ 17
1-4. Частотные характеристики..................... 17
1-5. Методы экспериментального определения динамических свойств объектов........ ......................... 24
1-6. Аппаратура для экспериментального определения динамических характеристик .............................. 28
... 28
а) Первичные
приборы (датчики)........... .... 29
б) Регистраторы.................
в) Преобразователи.......................... 30
г) Генератор синусоидальных колебаний системы ВТИ........ 33
д) Использование электронного потенциометра ЭПП-09 в качестве генератора колебаний......................... 35
е) Струйные генераторы синусоидальных колебаний давления..... 38
ж) Прибор для определения динамических характеристик инфранизко-
частотных объектов........................ 41
1-7. Подготовка и проведение эксперимента............."'." . 50
а) Выбор схемы экспериментальной установки............. 50
б) Проверка и снятие характеристик первичных приборов....... 51
в) Определение характеристик регулирующих органов объекта.....
г) Общие указания по проведению эксперимента"............
1-8. Примеры определения динамических характеристик регулируемых объектов ................................ 55
а) Определение динамических параметров объекта по кривой разгона 55
б) Определение динамических параметров объекта по импульсной харак-
теристике ............................. 57
в) Определение частотных характеристик при периодических возмущениях трапецеидальной формы................... 58
Ъ
54
55
г) Снятие волновой импульсной характеристики............ 60
д) Определение частотных характеристик объекта при возбуждении синусоидальных колебаний в замкнутой системе автоматического регулирования ............................ 61
Глава вторая. Преобразование динамических характеристик...... 64
2-1. Аналитическое определение частотных характеристик по дифференциальному уравнению........................ 64
2-2. Определение кривой разгона по дифференциальному уравнению ... 66
2-3. Построение кривой разгона по импульсной характеристике...... 67
2-4. Преобразование кривой разгона в графики нормальной и расширенной амплитудно-фазовых характеристик............... 67
а) Первый графоаналитический метод ................ 67
б) Второй графоаналитический метод................. 69
2-5. Определение расширенных частотных характеристик......... 83
а) Аналитический метод определения характеристик по дифференциальному уравнению или передаточной функции............ 83
6J Первый графоаналитический метод определения расширенной харак-i теристики по графику нормальной амплитудно-фазовой характеристики ............................... 85
в) Второй графоаналитический метод определения расширенных частотных характеристик по графикам нормальных частотных характеристик................................ 90
2-6. Определение передаточной функции объекта по его кривой разгона 92
а) Общие положения...................•..... 92
6J Последовательность расчета для объекта с самовыравниванием без
транспортного запаздывания.................... 95
:' в) Последовательность расчета для объекта без самовыравнивания
и транспортного запаздывания................... 98
г) Последовательность расчета для объекта с транспортным запазды-
; ванием.............................. 99
2-7. Построение графика амплитуднэ-фазозой характеристики по волновой
импульсной характеристике ..................... 109
Глава третья. Некоторые сведения о звеньях и спосо5ах их включения 112
3-1. Общие положения.......................... 112
3-2. Элементарные звенья........................ 113
а) Апериодическое (одноемкостное) ззенэ............... 113
б) Усилительное (безынерционное) звено............... 116
в) Интегрирующее звено....................... 117
г) Запаздывающее звено....................... 119
д) Колебательное звено........................ 121
е) Дифференцирующее звено..................... 123
3-3. Звенья детектирующие и недетектируюдне............. 127
3-4. Соединение детектирующих звеньев................. 127
- ' а) Последовательное соединение................... 127
б) Параллельное соединение..................... 129
в) Смешанное соединение..................... 130
3-5. Цепи звеньев, содержащие обратные связи.............. 131
3-6. Комбинации звеньев как модели технологических объектов...... 133
а) Общие положения......................... 133
б) Модели объектов без самовыравнивания.............. 137
в) Модели объектов с самовыравниванием............... 145
Глава четвертая. Основные сведения о законах регулирования, способах их реализации и динамических характеристиках
автоматических регуляторов ............. 155
4-1. Законы регулирования и динамические характеристики распространенных
регуляторов............................. 155
а) Закон регулирования (J. = — CjO.................. 156
б) Закон регулирования р/ = — С0з.................. 156
в) Закон регулирования ц'= —•(С05 + С1з').............. 157
г) Закон регулирования ,ч' = — (С0« + С,з' + Сг*")........... 158
д) Закон регулирования ц. = —(CV + С2с').............. 160
4-2. Возможные способы реализации некоторых законов регулирования
с помощью линейных звеньев.................... 160
а) Реализация закона [J. = — Cto................... 160"
б) Реализация закона (V = —¦ Саъ................... 161
в) Реализация закона р/ = — (CV + С,о')............... 161
г) Реализация закона р/ = — (С0а + С,о' + Сга")............ 164
д) Реализация закона р. = —(С^ -f- C2a')............... 165
4-3. Примеры реализации осноаных законов регулирования посредством регуляторов с постоянной скоростью сервомотора............ 165
Глава пятая. Расчет параметров настройки автоматических регуляторов ............................... 186
5-1. Постановка задачи......................... 186
5-2. Характер переходных процессов при использовании регуляторов с постоянной скоростью сервомотора................... 189
а) Регулирование без обратной связи объекта, обладающего свойством самовыравнивания......................... 189
б) Регулирование без обратной связи объекта, не обладающего свойством самовыравнивания......................... 191
в) Регулирование с жесткой обратной связью............. 193
г) Регулирование с упругой (изодромной) обратной связью....... 195
д) Регулирование при наличии нечувствительности регулятора ..... 198 5-3. Расчет устойчивости систем автоматического регулирования..... 199
а) Основные понятия об устойчивости системы регулирования..... 200
б) Выделение области устойчивости в пространстве коэффициентов характеристического уравнения или в пространстве параметров настройки регулятора...........=............. 202
в) Система автоматического регулирования как замкнутая цепь звеньев 204
г) Аналитический метод расчета устойчивости ............. 207
д) Построение и анализ областей устойчивости в относительных координатах .............................. 215
«) Графоаналитический метод расчета устойчивости .......... 221
7
5-4. Понятие об оптимальном процессе регулирования.......... 224
5-5. Аналитический метод расчета оптимальной настройки регуляторов . . 228 5-6. Расчетные формулы для определения параметров настройки регуляторов ................................ 262
' а) Астатический регулятор с одним параметром настройки ..... . . 263
б) Статический регулятор с одним параметром настройки ....... 264
в) Астатический регулятор с двумя параметрами настройки...... 264
г) Статический регулятор с двумя параметрами настройки....... 264
д) Астатический регулятор с тремя параметрами настройки ...... 264
5-7. Графоаналитический метод определения параметров настройки регулятора .........................•..... 26&
5-8. Определение параметров настройки регуляторов с помощью номограмм 273.
а) Номограммы для регулятора с двумя параметрами настройки (с упругой обратной связью)...................... 273
б) Номограммы для регулятора с тремя параметрами настройки
(с инерционной обратной связью).................. 278
5-9. Методика приближенного расчета параметров настройки регуляторов 281
5-10. Методы построения переходных процессов в системе регулирования 284
а) Метод трапецеидальных характеристик............... 285
б) Метод Акульшина......................... 296
в) Номограмма для нахождения амплитудно-фазовой характеристики
замкнутой системы регулирования................. 301
П риложения................................. 307
Цена: 500руб.
