Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ особенностей полномасштабных АСУТП и технологии их создания. Определение места средств расчета АСР в структуре АСУТП. Постановка задачи исследования ...8
1.1. Характеристика полномасштабных АСУТП на базе современных НТК 8
1.2. Анализ технологии создания АСУТП 11
1.3. Анализ подходов к решению задачи автоматизации настройки АСР 14
1.4. Постановка задачи исследования 19
1.5. Выводы 20
Глава 2. Анализ алгоритмов и формирование методики идентификации объектов регулирования как этапа автоматизации настройки АСР 22
2.1. Определение места этапа идентификации в общей процедуре расчета АСР частотными методами 22
2.2. Анализ методов и алгоритмов идентификации объектов регулирования 26
2.3. Алгоритмы обработки трендов регистрируемых технологических параметров с целью оценки переходных характеристик и спектральных плотностей возмущений 31
2.4. Алгоритмы оценки КЧХ 39
2.5. Формирование методики идентификации объектов регулирования 47
2.6. Выводы .48
Глава 3. Разработка базовых алгоритмов расчета параметров настройки замкнутых АСР ..50
3.1. Типовые структуры замкнутых АСР. Методы и критерии параметрической оптимизации АСР 50
3.2. Модифицированный базовый алгоритм расчета АСР методом частотного показателя колебательности 54
3.3. Организация итерационной процедуры расчета параметров настройки каскадных АСР 64
3.4. Особенности реализации алгоритма расчета двухконтурных АСР с дифференциатором 69
3.5. Особенности реализации алгоритма расчета каскадных АСР с корректирующим и стабилизирующим регуляторами 71
3.6. Выводы 73
Глава 4. Разработка алгоритмов параметрического синтеза робастных АСР. Программная реализация алгоритмов расчета АСР 74
4.1 Предварительные замечания 74
4.2. Алгоритм параметрического синтеза робастных АСР, 75
4.3. Особенности программной реализации алгоритмов расчета АСР 81
4.4. Выводы 85
Глава 5. Испытания итерационных Алгоритмов расчета АСР 88
5.1. Цели и задачи испытаний 88
5.2. Методика проведения испытаний 90
5.3. Обоснование параметрических моделей объектов регулирования для проведения испытаний алгоритмов расчета АСР 93
5.4. Испытания итерационных алгоритмов расчета двухконтурных АСР с дифференциатором 99
5.5. Испытания итерационных алгоритмов расчета каскадных АСР с корректирующим и стабилизирующим регуляторами 108
5.6. Анализ результатов испытаний итерационных алгоритмов расчета двухконтурных АСР 116
5.7. Выводы 145
Заключение 147
Список литературы ,149
Приложения
- Характеристика полномасштабных АСУТП на базе современных НТК
- Определение места этапа идентификации в общей процедуре расчета АСР частотными методами
- Типовые структуры замкнутых АСР. Методы и критерии параметрической оптимизации АСР
- Обоснование параметрических моделей объектов регулирования для проведения испытаний алгоритмов расчета АСР
Введение к работе
Отличительной чертой современного этапа развития систем управления технологическим оборудованием тепловых электростанций (ТЭС) является развертывание работ по созданию полномасштабных АСУТП [16,24,27,73,80 и др.]. В отличии от традиционных систем контроля и управления (СКУ) полномасштабные АСУТП реализуют средствами единого программно-технического комплекса (ПТК) не только информационно-вычислительные, но и управляющие функции (дисплейное дистанционное управление исполнительными устройствами, блокировки, технологические защиты, автоматическое регулирование, функционально-групповое логическое управление и др.).
Внедрение полномасштабных АСУТП на практике обосновывается в основном необходимостью замены устаревших традиционных технических средств автоматизации и соответственно снижением текущих эксплуатационных затрат, повышением надежности элементов системы и др. Однако основная составляющая технического эффекта от внедрения полномасштабной АСУТП должна быть связана в первую очередь с повышением качества автоматического управления технологическим оборудованием.
Одним из путей решения этой задачи является совершенствование методик, алгоритмов и инструментальных средств параметрического синтеза (расчета) автоматических систем регулирования (АСР), являющихся основными управляющими подсистемами полномасштабных АСУТП.
Расчет АСР может проводиться на разных стадиях создания АСУТП, включающих в себя:
• этап функционального проектирования (алгоритмического синтеза), на котором определяются структуры АСР (способы регулирования, сигналы регулируемых технологических параметров, схемные решения). Как правило, параметрический синтез выполняется в ходе имитационного моделирования различных структур АСР, а динамические свойства объектов оцениваются приближенно на основе аналитических моделей с применением ряда упрощающих допущений и применением соответствующих программных средств [85,86 и др.];
• этапы ввода в действие и штатной эксплуатации, на которых расчет параметров настройки АСР проводится с учетом реальных динамических характеристик объектов регулирования.
При этом необходимо отметить, что в целом проблема методов и алгоритмов оптимизации АСР является предметом многочисленных исследований начиная с 1950-х гг. [1, 2, 6, 8-15, 17, 19, 22, 23, 25, 26, 28, 34-36, 38-49, 51, 52, 59-62,64,67,68,70,71,74,87,88 и др.]. Однако абсолютное большинство из известных методов и алгоритмов предполагают задание исходных данных в виде параметрических моделей объектов регулирования (как правило, передаточных функций "вход-выход"), что характерно для этапа функционального проектирования, и не предусматривают "прямую" обработку трендов сигналов АСР как реализаций случайных процессов,
Вместе с тем, характерной особенностью АСУТП на базе современных ПТК является именно регистрация в файлах базы данных трендов сигналов АСР как основных исходных данных для их расчета на этапе ввода в действие. Более того, ПТК АСУТП обладают практически неограниченными вычислительными возможностями, что снимает многие ограничения по сложности используемых при расчетах АСР методов и алгоритмов. Поэтому задача разработки и исследования алгоритмов параметрического синтеза АСР, ориентированных на прямую обработку трендов сигналов и последующую оптимизацию синтезируемых систем представляется в настоящее время актуальной. При этом наиболее важными типовыми структурами АСР в составе АСУТП энергоблоков ТЭС служат двухконтурные системы, для которых решение задачи параметрического синтеза осложняется влиянием многих факторов.
Целью настоящей работы является разработка и исследование алгоритмов параметрического синтеза двухконтурных АСР, адаптированных к условиям их реализации в составе полномасштабных АСУТП и гарантирующих заданное качество автоматического регулирования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ технической и функциональной структуры полномасштабных АСУТП и определить место алгоритмов и программных средств расчета параметров настройки АСР в составе данных систем;
- провести анализ методов и алгоритмов идентификации и параметрической оптимизации АСР, оценить возможность их применения в решении задачи расчета систем гарантированного качества автоматического регулирования при вводе в действие и эксплуатации АСУТП;
- сформировать методику идентификации объектов регулирования, ориентированную на прямую обработку трендов входных и выходных сигналов и предусматривающую оценку меры адекватности получаемых математических моделей;
- разработать алгоритмы расчета параметров настройки двухконтурных АСР, гарантирующих заданное качество автоматического регулирования;
- провести испытания разработанных алгоритмов расчета АСР для проверки правильности их работы и определения условий корректного применения.
Для решения поставленных задач в первой главе дается характеристика полномасштабных АСУТП, сравниваются различные подходы к автоматизации настройки АСР, определяется место программных средств расчета параметров настройки АСР в составе АСУТП, формулируется задача исследования.
Во второй главе проводится анализ методов и алгоритмов идентификации и параметрической оптимизации АСР, предлагаются усовершенствованные алгоритмы обработки трендов регулируемых технологических параметров с це лью получения математических моделей объектов регулирования с учетом меры их неопределенности в виде доверительных эллипсов рассеивания оценок комплексных частотных характеристик (КЧХ).
В третьей главе определяются типовые структуры замкнутых АСР, рассматриваются методы, критерии и базовый алгоритм расчета параметров настройки систем регулирования по КЧХ объектов с учетом возможности их немонотонного поведения, проводится разработка итерационных алгоритмов расчета двухконтурных АСР.
В четвертой главе проводится разработка алгоритмов параметрического синтеза робастных АСР частотным методом на основе оценок КЧХ объектов регулирования, полученных совместно с доверительными эллипсами рассеивания.
В пятой главе приводится методика и результаты испытаний итерационных алгоритмов расчета параметров настройки двухконтурных АСР. Испытания проводились для ряда теплоэнергетических объектов регулирования, математические модели которых обоснованы результатами экспериментальных исследований динамических свойств котлов ТЭС. По результатам испытаний выполнена доработка итерационных алгоритмов расчета двухконтурных АСР.
В заключении содержатся выводы по результатам исследований, которые в целом характеризуются как решение задачи разработки и испытаний комплекса алгоритмов расчета типовых двухконтурных АСР, функционирующих в составе АСУТП тепловых электростанций.
Пользуясь случаем автор выражает глубокую благодарность научному руководителю к.т.н., с.н.с. В.А.Биленко и д.т.н., профессору Н.И. Давыдову за проявленное внимание и доброжелательный критический анализ результатов выполненных исследований. Автор также выражает искреннюю признательность сотрудникам кафедры систем управления ИГЭУ и прежде всего к.т.н., доценту С.А. Таламанову за консультации и организационно-методическую помощь на заключительной стадии выполнения исследований.
Характеристика полномасштабных АСУТП на базе современных НТК
В настоящее время системы контроля и управления (СКУ) оборудованием тепловых электростанций развиваются в направлении создания полномасштабных АСУТП. Переход к полномасштабным АСУТП объективно обусловлен развитием информационных технологий и связанным с ним появлением нового класса технических средств автоматизации (ТСА) - современных программно-технических комплексов (ПТК). Кроме того, большинство эксплуатируемых на ТЭС традиционных СКУ, а также информационно-вычислительных систем (ИВС), внедренных на мощных энергоблоках в 1970-80 гг., к настоящему времени морально и физически устарели. Поэтому ПТК, как новый класс ТСА, заменяет при модернизации СКУ широкую номенклатуру традиционных средств центральной информационной и управляющей частей систем, эксплуатируемых в настоящее время (вторичные контрольно-измерительные приборы, ИВС на базе ЭВМ М-60, СМ-2; аппаратура автоматического регулирования; устройства технологических защит; средства дистанционного управления исполнительных устройств, а также блокировок и автоматического включения резерва и др.).
В новых полномасштабных АСУТП, работы по созданию которых развертываются в настоящее время на многих отечественных ТЭС, ПТК являются основным системообразующим ядром. Это положение можно проиллюстрировать на примере полномасштабной АСУТП энергоблока 1200 МВт ст.№ 9 Костромской ГРЭС [78] (рис.1.1). В рассматриваемой технической структуре вжостав системообразующего базового ПТК "Квинт" [24] входят рабочие стаири верхнего уровня АСУТП (информационно-вычислительный комплекс), [роллеры Ремиконт системных модулей (управляющий комплекс), локальные вычислительные сети (сетевой комплекс в составе системной сети верхнего уровня и контроллерных сетей). Кроме НТК в состав технической структуры входят информационно совместимые с ним специализированные подсистемы и традиционные конечные элементы управляющей системы - датчики и исполнительные устройства. Приведенная многоуровневая техническая структура является характерной для полномасштабных АСУТП на многих ПТК отечественного и зарубежного производства.
В качестве важной особенности полномасштабной АСУТП необходимо отметить следующее. Любой сигнал, однажды введенный или программно сгенерированный в системе, становится доступным для использования на любом уровне (контроллерном, рабочих станций, внешних общестанционных систем). Отмеченная особенность дает возможность ввести понятие единой информационно-технической среды АСУТП и позволяет пересмотреть подходы к решению многих функциональных задач создаваемых систем.
Переходя от технического аспекта описания новых систем управления к функциональному, необходимо отметить следующие важные особенности полномасштабных АСУТП: системы охватывают не только тепломеханическое, но и электротехническое оборудование ТЭС (в частности, для АСУТП ТЭС блочного типа энергоблок впервые рассматривается как единый объект управления); системы реализуют средствами ПТК не только информационно-вычислительные функции, освоенные традиционными ИВС, но и управляющие функции.
Обращая особое внимание на управляющие функции, как обеспечивающие основной технический эффект от внедрения полномасштабных АСУТП, необходимо отметить следующее. В настоящее время внимание разработчиков полномасштабных АСУТП сконцентрировано главным образом на реализации средствами ПТК и освоении в штатной эксплуатации базовых оперативных управляющих функций (дистанционное дисплейное управление исполнительными устройствами, блокировки и автоматическое включение резерва, технологические защиты, автоматическое регулирование), а также функционально-группового логического управления оборудованием в нестационарных режимах (автоматический пуск/останов и др.). При этом основной эффект от полномасштабной АСУТП связан с точностью поддержания основных регулируемых технологических параметров оборудования, на которую косвенно влияет качество реализации всех функций создаваемых систем. Однако ключевая роль в решении данной задачи принадлежит автоматическому регулированию (важнейшей из управляющих функций), алгоритмы реализации которого непосредственно связаны с достижением высокой точности поддержания регулируемых технологических параметров.
Таким образом, качество функционирования АСР в составе создаваемых систем управления представляется фактором, существенно влияющим на эффективность полномасштабных АСУТП в целом.
Определение места этапа идентификации в общей процедуре расчета АСР частотными методами
В этом случае расчет поверхности заданного запаса устойчивости или границы устойчивости в пространстве параметров настройки идеального ПИД-регулятора сводится к построению ряда ее сечений при различных значениях a -const [41 и др.].
Вместе с тем ПИД-закон регулирования, реализуемый типовыми алгоритмами контроллеров в составе ПТК АСУТП (алгоритмы "регулятор аналоговый", "регулятор импульсный с исполнительным механизмом постоянной скорости"), обычно отличается от идеального непрерывного аналога в связи с физической нереализуемостью идеального дифференцирования аналогового сигнала (Д-составляющей в законе регулирования (2.1.1)), а также необходимостью фильтрации высокочастотных пульсаций регулируемой переменной. В результате для рассматриваемых стандартных алгоритмов контроллеров имеет место модифицированный ПИД-закон регулирования, которому соответствует передаточная функция.
В частности, для контроллеров Ремиконт Р-110 параметры модифицированного (реального) ПИД-регулятора /?, =Q,25;fl2 =0,125, для контроллера Ремиконт Р-210 /?, = fi2 = 0,125 и т.д.
В результате с учетом (2.1.3) можно констатировать, что конечной целью расчета АСР (рис.2.1) является определение точки в пространстве ) параметров настройки алгоритма регулирования: (2.1.4) Сг{кр,Ти,а,Тф}.
Критерий оптимальной настройки АСР определяется требованиями к точности поддержания регулируемой переменной.
Для АСР основных технологических параметров мощных энергоблоков ТЭС данные требования сформулированы в виде условия устойчивой работы замкнутых систем (отсутствие автоколебаний) и предельно допустимых значений следующих прямых показателей качества [69]: - отклонение є регулируемой переменной (для условий нормальной эксплуатации при постоянной нагрузке), которое в инженерной практике обычно сводится к максимально допустимой среднеквадратической ошибке регулирования (2.1.5) а« lim J- h2(t)dt, сг ст , За =Е Г- дауГд max max / при отработке АСР случайных возмущений; - интегрально-квадратичный критерий h (2.1.6) /2= \e2(t)dt о при скачкообразном возмущении {tp - время затухания переходного процесса, т.е. время регулирования).
Таким образом, наиболее обоснованным для АСР теплоэнергетических объектов является следующий критерий параметрической оптимизации: при требуемой интенсивности затухания собственных переходных процессов в системе обеспечить минимум критерия (2.1.5) при случайных возмущениях или (2.1.6) при скачкообразном детерминированном возмущении.
Решение рассматриваемой задачи параметрического синтеза АСР целесообразно осуществлять с применением классических частотных методов [22, 38, 39, 41, 51 и др.]. Теоретические основы инженерных частотных методов идентификации и оптимизации промышленных АСР, а также соответствующие алгоритмы и программные средства, разрабатывались в основном в 1950-80 г.г., т.е. до появления современных ПТК и полномасштабных АСУТП.
По отношению к сформулированной задаче применение частотного метода предполагает получение (в качестве исходных данных для расчета) математической модели объекта в виде частотных характеристик (нормальных КЧХ W0(jo ) или расширенных КЧХ W0(-ma + jco)), а также оценку статистических характеристик (спектральной плотности) случайного процесса возмущений при оптимизации АСР по статистическому критерию (2Л.5).
Однако в рассмотренной технологии (рис. 1.3) исходными данными для проведения расчетов являются следующие два типа трендов входного управляющего сигнала x(t) и выходной регулируемой переменной y(t) (рис.2 Л): - тренды уі(0, / = 1,...,и экспериментальных кривых разгона как реакций объекта на ступенчатые управляющие воздействия (2. і .7) Xi (0 = Хл + дх( 1(0, 1(0 = С Д 1; - тренд y(t) реализации случайного процесса внешних возмущений при постоянном управляющем воздействии (2.1.8) x(t) = xQ const, при условии, что в этом случае объект регулирования может в течение достаточно длительного времени безопасно функционировать (без подачи на него управляющих воздействий).
В этих условиях задача идентификации объекта регулирования по заданному каналу "вход-выход" может быть уточнена в следующей постановке: по имеющимся трендам сигналов x(t), y{f) рассматриваемого типа (2.1.7), (2.1.8) получить точечные (в виде годографа в комплексной плоскости) и интервальные (в виде множества эллипсов рассеивания) оценки частотных характеристик, а также спектральной плотности случайного процесса возмущений.
Таким образом, исходя из конечных целей нахождения параметров настройки регуляторов, критериев оптимальности и имеющихся исходных данных, определен требуемый для решения поставленной задачи вид математических моделей объектов регулирования и, в конечном итоге, место этапа идентификации в общей процедуре параметрического синтеза АСР.
В целом по проблеме идентификации объектов и систем управления к настоящему времени разработано большое количество методов и алгоритмов [3,5-7,19-21,30,36,40,50,52,59,60,64,66,68,70,89 и др.]. Рассматривая далее в качестве конечной цели идентификации получение математической модели технологического объекта управления (ТОУ) по заданному каналу "вход-выход" в виде частотных характеристик и спектральной плотности случайного процесса возмущений, целесообразно представить используемые для этого методы и алгоритмы интегрированно в форме ориентированного графа (рис.2.2).
Типовые структуры замкнутых АСР. Методы и критерии параметрической оптимизации АСР
Инженерные методики расчета (параметрической оптимизации) АСР, базирующиеся на классических частотных методах [22,38,39,41,51 и др.], предполагают следующую процедуру решения данной задачи: построение в пространстве параметров настройки АСР поверхности заданного запаса устойчивости; поиск в области запаса устойчивости оптимальных параметров АСР по заданному минимаксному или статистическому критерию.
Ограничиваясь рассмотрением типовых структур замкнутых локальных АСР (рис.3.1) необходимо отметить, что для случая двухконтурных АСР (рис.3.1,б,в) расчет выполняется последовательно для каждого контура с соответствующими эквивалентными объектами управления.
Первый этап расчета, ориентированный на построение области заданного запаса устойчивости в пространстве параметров настройки АСР, проводится на основании частотных характеристик объекта.
При использовании расширенных КЧХ линия запаса устойчивости, заданного в виде степени колебательности "га", определяется на основании соотношения (3.1.1) У,(-ШР + МС) = - , 1 , . н WQ(-ma) + ja ) где WQ(-m D + ja ) - расширенная КЧХ объекта (эквивалентного объекта), W (-мсо + ую,С) - расширенная КЧХ регулятора, С - вектор параметров настройки. Однако вычисление расширенных КЧХ объекта непосредственно по переходным характеристикам (в соответствии с используемой общей методикой идентификации) сопряжено с существенным увеличением дисперсии У о ф - р а) —w& о У б) в) Рис. 3.1. Типовые структуры замкнутых локальных систем автоматического управления а) - одноконтурная; б) - двухконтурная с дифференциатором; в) - каскадная с корректирующим и стабилизирующим регуляторами. Обозначения: Р -регулятор, О - объект, Д- дифференциатор, РК - регулятор корректирующий, PC - регулятор стабилизирующий, у - основная регулируемая переменная, z - вспомогательная регулируемая переменная, ц - управляющее воздействие, у, Я возмущения. получаемых оценок, а также в ряде случаев с нарушением условия сходимости соответствующего несобственного интеграла Лапласа [62]. Поэтому в дальнейшем будет рассматриваться расчет области заданного запаса устойчивости только по нормальным КЧХ. При использовании нормальных КЧХ объекта поверхность cjr запаса устойчивости, заданного в виде частотного показателя колебательности "М", определяется на основании соотношения [41] (3.1.2) max to Wp Je ,C)Wu{J o) _м \ + WpUa ,C)Wb{jcD) где JV0(ja )- нормальная КЧХ объекта (эквивалентного объекта), W (j o,C) нормальная КЧХ регулятора (эквивалентного регулятора). Второй этап расчета, ориентированный на поиск точки оптимума в пространстве параметров настройки АСР, проводится непосредственно по нормальным КЧХ объекта и вычисленным значениям координат линии (поверхности) запаса устойчивости. Оптимизация АСР по минимаксному интегрально-квадратичному критерию выполняется путем поиска \ ющ А2 /-Л 1 f А і - (2 (3.1.3) ЩЩ MCJ = _ і -yr(MQ d&, CeicV я о со где Ф{]б),С) - КЧХ замкнутой системы по каналу "входное ступенчатое возмущение - выходная регулируемая переменная", А - амплитуда ступенчатого воздействия, с - множество точек линии (поверхности) заданного запаса устойчивости; соср - условная частота среза системы. Оптимизация по статистическому критерию дисперсии выполняется путем поиска dco (3.1.4) ЩЩ о-2(с)= JS{w)0{ja),C) Ce\cV о где 0(jo)X) - КЧХ замкнутой системы по каналу "входной случайный процесс возмущений - выходная регулируемая переменная", S(co) - спектральная плотность случайного процесса возмущений.
Характеризуя в целом изложенный подход к решению задачи параметрической оптимизации АСР следует отметить, что несмотря на значительное число исследований, выполненных, как правило, с использованием параметрических моделей объектов управления в виде передаточных функций, в части создания законченных алгоритмов расчета, учитывающих особенности функционирования АСР в промышленных условиях, имеются существенные пробелы.
Действительно, для исходных данных в виде трендов сигналов входных управляющих воздействий и регулируемых переменных в настоящее время отсутствует единая автоматизированная технология проведения расчетов по параметрическому синтезу АСР в составе АСУ ТП. Кроме того, для большинства известных методов и алгоритмов реализации отдельных процедур расчета АСР необходимость предварительного получения параметрической модели объекта регулирования способствует возникновению дополнительных субъективных погрешностей (в первую очередь, в структуре модели), требует достаточно основательной теоретической подготовки пользователя (инженера-наладчика АСР) и в целом отрицательно сказывается на практической ценности получаемых результатов. С целью устранения отмеченных недостатков проведем анализ и, при необходимости, разработку алгоритмов расчета АСР, необходимых для реализации намеченного подхода к решению задачи параметрической оптимизации систем регулирования. 3.2. Модифицированный базовый алгоритм расчета АСР методом частотного показателя колебательности
Алгоритмы расчета одноконтурных АСР являются базовыми элементами, на основе которых проводится параметрическая оптимизация более сложных (двухконтурных, многоконтурных, многосвязных и др.) систем регулирования. Это связано с тем, что практическая настройка сложных АСР, включая расчет параметров алгоритмов регулирования с использованием инженерных методик, сводится к последовательному выполнению процедуры оптимизации для ряда одноконтурных систем с некоторыми эквивалентными объектами управления.
Рассматривая в составе базовых элементов расчета АСР алгоритмы построения областей заданного запаса устойчивости нетрудно обнаружить, что известные классические частотные методы не учитывают особенностей реализации стандартных законов регулирования средствами современного ПТК.
Обоснование параметрических моделей объектов регулирования для проведения испытаний алгоритмов расчета АСР
Проведение испытаний предполагает проверку правильности функционирования разработанных алгоритмов, в том числе проверку сходимости соответствующих итерационных процедур. Единственным способом проверки правильности работы того или иного алгоритма расчета является получение конечных расчетных показателей (критериев) альтернативным способом (независимым от подвергаемого испытаниям алгоритма).
Для рассматриваемой группы алгоритмов расчетные оптимальные параметры настройки АСР должны обеспечивать: требуемое значение частотного показателя колебательности, которое определяется по желаемой степени затухания переходных процессов в замкнутой системе согласно известной зависимости между данными показателями для модели второго порядка (колебательного звена) [41]; минимум заданного минимаксного или статистического критерия оптимальности, вычисляемого при расчете по нормальным КЧХ замкнутой системы согласно (3.L3), (3.1.4). С другой стороны, указанные критерии могут быть оценены путем имитационного моделирования АСР и вычисления по полученным переходным процессам соответствующих прямых показателей качества функционирования замкнутых систем: для оценки интенсивности переходных процессов достаточно получить реакцию АСР на ступенчатое воздействие по каналу "задание-регулируемый параметр" и оценить степень затухания [22,41,51 и др.]: (5.2.1) = 1- , где Л;, Аъ - максимальные отклонения колебательного переходного процесса от установившегося значения; для оценки значений минимаксного или статистического критериев достаточно получить реакцию АСР на заданное детерминированное или случайное возмущение по рассматриваемому каналу (внутреннее возмущение, внешнее возмущение) и вычислить соответствующие показатели: - линейный интегральный критерий т (5.2.2) 70 = в(/)Л; о - интегральный квадратичный критерий т (5.2.3) І2 = \є2(і)&\ о щ. - дисперсия (статистический критерий) - 1ГГ 2 (5.2.4) De=-\s\t)dt; о где є{() - ошибка регулирования, Т - время наблюдения (затухания) переходного процесса. С учетом отмеченных обстоятельств наиболее целесообразным представляется следующий подход к проведению испытаний: - задается математическая модель объекта регулирования в виде передаточных функций "вход-выход"; - по математической модели проводится расчет переходных характеристик и далее КЧХ объекта регулирования; - по КЧХ объекта регулирования с помощью алгоритмов, подвергаемых испытаниям, выполняется расчет оптимальных параметров настройки АСР с оценкой частотными методами соответствующих показателей качества; - для рассматриваемых систем на основе заданной математической модели объекта и определенных оптимальных параметров настройки АСР реализуются соответствующие имитационные модели, проводятся вычислительные эксперименты, вычисляются по переходным процессам прямые показатели качества замкнутых систем.
В результате реализации изложенного подхода возможно оценить правильность функционирования испытываемых алгоритмов путем сравнения показателей качества, определенных в частотной и временной областях.
Однако существенным ограничением данного подхода является выбор параметрических математических моделей объектов регулирования. Очевидно;, что правильность работы алгоритма для одной модели не гарантирует его работоспособности для других с укіЯ моделей объектов регулирования.
Единственным способом Шюеодоления данного затруднения представляется проведение Щираний для широкого класса теплоэнергетических объектов регчиИЬвания. Естественным требованием к задаваемым при испытаниях моде йиявляется при этом необходимость их обоснования результатами эксперйрртальных исследований динамических свойств теплоэнергетических объекшр урегулирования. 5.3. Обоснование параметрических моделей объектов регулирования для проведения испытаний алгоритмов расчета АСР
Работы по экспериментальному исследованию динамических свойств теплоэнергетических объектов регулирования выполнялись многими исследователями и организациями [19,27,68,72 и др.]. Но для проведения испытаний рассматриваемых алгоритмов расчета АСР наибольший интерес представляет множество экспериментальных динамических характеристик, которое приведено и проанализировано в [72]. Приведенные в данной работе экспериментальные характеристики достаточно полно отображают многообразие реальных динамических свойств теплоэнергетических объектов двухконтурного регулирования.
Среди множества рассматриваемых объектов двухконтурного регулирования выделены следующие основные типы объектов двухконтурного регулирования для котлов энергоблоков ТЭС: - объект регулирования температуры среды в промежуточной точке пароводяного тракта прямоточного пылеугольного котла; - объект регулирования температуры среды в промежуточной точке пароводяного тракта прямоточного газо-мазутного котла; - объект регулирования температуры первичного пара; - объект регулирования температуры вторичного пара.
Далее по каждому типу объекта регулирования отобраны наиболее характерные входные сигналы и динамические характеристики, т.е. сформирована выборка объектов двухконтурного регулирования (табл.5.1). Можно предположить, что в данной выборке нашли отражение основные свойства теплоэнергетических объектов двухконтурного регулирования как динамических систем, а именно: S-образная форма переходных характеристик, инерционность сигналов основных регулируемых переменных, характерные соотношения постоянных времени для переходных характеристик объекта по основной и вспомогательной регулируемой переменной и т.д.
