Каскадное регулирование

Применяется на сложных объектах, когда на выходной параметр j влияет несколько возмущений, изменить которые не представляется возможным. В этом случае выбирается какой-либо объект с промежуточным параметром j₁, который измерить можно и по нему строится регулирование объекта. Получаем 1ый контур регулирования. Этот регулятор не учитывает часть действующих на сложный объект возмущений, которые влияют на выходной параметр j. По параметру j строится 2-ой контур регулирования. Регулятор 2-го контура управляет работой регулятора 1-го контура, изменяя ему задание таким образом, чтобы его работа скомпенсировала влияние возмущений на выходной параметр j. В этом состоит смысл каскадного регулирования (1-ый и 2-ой каскады регулирования).

Рассмотрим это на схеме регулирования сложного объекта, состоящего из последовательного соединения 3-х объектов с возмущениями (рис. 66).

Рис. 66. Схема каскадного регулирования

ЗД – задатчики; j_1,0 и j₀; Р-р – регулятор; ЗПЗ – задатчик переменного задания

Регулятор промежуточного параметра j₁ стремится поддерживать его постоянным и равным j_1,0. Это 1-ый каскад регулирования.

Этот регулятор учитывает только возмущение l₁. Возмущения l₂ и l₃ будут влиять на выходной параметр j. Регулятор j (2-ой каскад регулирования) будет поддерживать параметр j постоянным j₀ за счет того, что через задачик переменного задания (ЗПЗ) будет изменять задание первому контуру на величину ±Dj₁. Получив это добавление задания, регулятор j₁ будет так изменять параметр j₁, чтобы скомпенсировать влияние возмущений l₂ и l₃ на выходной параметр j. Регулятор j (2-го каскада) как бы корректирует работу первого регулятора (по j₁), поэтому его называют корректирующим регулятором.

Примером каскадного регулирования может служить распределение тепловой нагрузки между несколькими котлами, работающими на общую паровую магистраль (рис. 67).

В паровую магистраль два котла подают пар с расходами D_к1 и D_к2. Из паровой магистрали пар поступает к турбинам Т₁; Т₂ и Т₃ с расходами D_Т1; D_Т2 и D_Т3. Если существует баланс поступающих расходов пара от котлов и уходящих из магистрали к турбинам, то давление пара в магистрали р_м не будет изменяться (р_м,0).

Если турбины начинают потреблять больше или меньше пара, то баланс притока пара в магистраль и его расхода из магистрали нарушается, и давление р_м необходимо регулировать. Промежуточными объектами в этой системе являются котлы К₁ и К₂, а промежуточными параметрами – тепловые нагрузки котлов D_q1 и D_q2. По ним строится регулятор тепловой нагрузки (РТН) который управляет подачей топлива (газа). Это первый каскад регулирования.

Регуляторы поддерживают постоянной тепловые нагрузки D_q1,0 и D_q2,0, а тем самым и расходы пара D_к1 и D_к2. Если давление в магистрали р_м начинает изменяться (параметр j), вступает в работу регулятор давления р_м (это 2-ой каскад), который в зависимости от величины отклонения давления ±Dр_м=(р_м - р_м,0) вырабатывает на выходе сигнал, и через размножитель задания сигналов (РСЗ) управляет работой регуляторов тепловой нагрузки котлов (РТН), изменяя им задание на величину ±DD_q. В соответствии с этим сигналом, регуляторы РТН изменяют подачу топлива на котлы, и тем самым выработку расходов пара D_к1 и D_к2 таким образом, чтобы восстановить давление в магистрали р_м.

В том случае, если и эти способы регулирования не дают желаемых результатов, идут на ограничение возмущений l.