 |
|
С ПОМОЩЬЮ АНАЛОГОВОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА СУЛ-3
Для отработки программного обеспечения ЦСУ в установке использован имитатор объекта – аналоговый вычислительный комплекс СУЛ-3 (рис. 15).
Аналоговый имитатор СУЛ-3 предназначен для формирования управляющих воздействий и структурного моделирования объектов и систем автоматического регулирования.
СУЛ-3 позволяет на моделях проводить исследование динамических характеристик объектов регулирования, описываемых дифференциальными уравнениями 1-го – 2-го порядков; моделировать поведение объектов при нанесении случайных и детерминированных воздействий; моделировать поведение замкнутой системы с ПИД-регулятором.
Рис. 15. Схема подключения СУЛ-3 к рабочей станции (ПЭВМ)
В имитаторе СУЛ-3 предусмотрены следующие элементы контроля и управления:
- коммутирующие переключатели и потенциометры для задания параметров (постоянных времени и коэффициентов передачи сигналов);
- вольтметр для индикации сигналов в контрольных точках;
- кнопки вывода сигналов на вольтметр;
- кнопки управления режимом работы СУЛ-3 (“Исходное положение” / ”Работа”);
- светодиодные индикаторы секундомера с переключателем источника его остановки;
- индикаторы полярности сигнала на выходе нелинейного элемента (моделирование гистерезисной статической характеристики).
В работе СУЛ-3 используется только для физического моделирования объекта.
Схемы подключения аналогового имитатора к УСО (модулям МВУ8 и МВА8) представлены на рис. 16, 17.
Рис. 16. Схема подключения модуля МВУ8 к входу имитатора
(управляющее воздействие 0…10 В)
Рис. 17. Схема подключения модуля МВА8 к выходу имитатора
(регулируемый параметр 0…1 В)
Управляющий сигнал поступает на модель объекта регулирования, которая генерирует поведение объектов первого и второго порядков с передаточными функциями:
или (1)
,
где 
– оператор Лапласа; 
– изображения по Лапласу управляющего воздействия и регулируемой величины; 
– коэффициент передачи модели объекта ( =10); 
– коэффициент передачи потенциометра модели ( 
); 
– постоянные времени (устанавливаются с помощью переключателей в диапазоне 0¸1 с; в конструкцию СУЛ-3 добавлены два магазина конденсаторов для увеличения постоянных времени до нескольких минут – переключатели находятся на верхней крышке прибора).
Настройка модели объекта осуществляется с помощью коммутирующих переключателей и потенциометров (рис. 18, 19).
Рис. 18. Фрагмент лицевой панели СУЛ-3:
– кнопка вывода сигнала на вольтметр; 
– ручка потенциометра; 
– коммутирующий переключатель; 
– некоторые
неизвестные постоянные времени
Рис. 19. Фрагмент верхней крышки СУЛ-3:
– делители напряжения (для подключения МВА8); 
– стрелка (показывает направление увеличения/уменьшения постоянной времени при положении переключателей)
После настройки структуры и параметров модели объекта можно оценить ее динамику, получив кривую разгона. Для этого в задающем устройстве формируется типовой входной сигнал 
(при переходе из режима “Исходное положение” в режим ”Работа”), описываемый одной из следующих зависимостей:
,
, (2)
,
где 
=6 рад/с.
Амплитуда сигнала устанавливается потенциометром и индуцируется вольтметром при установке его переключателя в положение “G”.
Работа замкнутой ЦСУ на аналоговом имитаторе СУЛ-3 может быть смоделирована в двух вариантах:
- применяя двухпозиционный или ПИД- законы регулирования микропроцессорного контроллера ТРМ151;
- используя алгоритмы регулирования разработанных проектов Trace Mode [12] (алгоритмы составляются с помощью FBD- и ST- программ SCADA-системы).
В библиотеке визуального редактора FBD-программ имеется стандартный блок цифрового ПИД-регулятора (рис. 12):
(3)
где 
– управляющее воздействие и рассогласование на 
-ом такте квантования сигналов; 
– настроечные параметры регулятора; 
– длительность такта квантования сигналов.
Разработан пользовательский FBD-блок для реализации нетиповых цифровых регуляторов различных порядков в Trace Mode [1, 3]:
, (4)
где 
- порядок цифрового регулятора; 
- настройки; 
- коэффициент (при =0 исключается И-составляющая из алгоритма).
FBD-блок цифрового регулятора включен в проект Trace Mode по настройке и исследованию замкнутой ЦСУ (рис. 20).
Рис. 20. Экранная форма проекта “Настройка и исследование ЦСУ”
(меню управления и динамические характеристики системы)
Для оптимального параметрирования регуляторов (4) применяется прикладное ПО [4].
Анализ исследования систем с различными регуляторами выполняется по показателям качества (интегрально-квадратичная ошибка, время регулирования и перерегулирование) [1], которые рассчитываются в реальном времени.