RAN - аналоговое регулирование

Назначение.

Функциональный блок RAN применяется при построении процессов автоматического управления и позволяет поддерживать заданные характеристики управляемого процесса за счет формирования выходного аналогового управляющего сигнала по принципам ПИД-регулирования. Может использоваться совместно с пропорциональным исполнительным механизмом (позиционером) или в качестве ведущего в схеме каскадного регулирования. Дополнительно к управляющему сигналу вычисляется сигнал рассогласования.

Состав структурной переменной.

Переменная со структурным типом RAN будет добавлена в локальный словарь автоматически при добавлении блока в редактор.

Выбор типа регулирующего воздействия.

Блок RAN может использоваться в качестве П-, ПИ-, ПД- или ПИД-регулятора:

в П-регуляторе сигнал регулируется пропорциональным управляющим воздействием. Для этого настраивается только коэффициент пропорциональности KP, а входные параметры TI=0, KD=0 и TD=0.
в ПИ-регуляторе сигнал регулируется суммой пропорционально-интегральных управляющих воздействий. Для этого настраиваются коэффициент пропорциональности KP и постоянная интегрирования TI, а входные параметры KD=0 и TD=0.
в ПД-регуляторе сигнал регулируется суммой пропорционально-дифференциальных управляющих воздействий. Для этого настраиваются коэффициент пропорциональности KP, коэффициент дифференцирования KD и постоянная дифференцирования TD, а входной параметр TI=0.
в ПИД-регуляторе сигнал регулируется суммой пропорционально-интегрально-дифференциальных управляющих воздействий. Для этого настраиваются все коэффициенты: KP, TI, KD и TD.

Автоматический режим работы.

В автоматическом режиме (AUTO=TRUE) на выходе блока Y формируется регулирующее воздействие по ПИД-закону регулирования. Процесс настройки блока и последовательность преобразований:

Определить тип регулирующего воздействия и передать соответствующие значения через входные параметры KP, TI, KD и TD. Отрицательные значения данных параметров воспринимаются как нулевые.


Рекомендуется изменять параметры настройки регулятора (DB, KP, TI, KD, TD) в ручном режиме работы.
Если значение TF > 0, входной сигнал X2 фильтруется (проходит через апериодическое звено 1-го порядка) в соответствии с передаточной функцией, где TF - постоянная времени фильтра:

.

При TF<=0, входной сигнал X2 не фильтруется.
Определяется значение рассогласования по формуле Хe=X1-KM*X2f, где X1 - входное задание, X2f - отфильтрованный входной сигнал X2, а KM - коэффициент масштабирования. Сигнал рассогласования Xe передается на выход YE (YE=Xe).
Сигнал рассогласования Xe проходит через зону нечувствительности DB, на выходе из которой формируется сигнал Xz по следующим правилам:
если |Xe|<=DB/2, то Xz=0;
если Xe>DB/2, то Xz=Xe-DB/2;
если Xe<DB/2, то Xz=Xe+DB/2;
если DB<=0, то Xz=Xe.

Процесс прохождения сигнала через зону нечувствительности продемонстрирован на следующем изображении.

5. Сигнал Xz после зоны нечувствительности преобразуется по ПИД-закону регулирования в соответствии с передаточной функцией:

где KP – коэффициент пропорциональности, TI – постоянная интегрирования, а KD и TD – коэффициент и постоянная дифференцирования, задаваемые через входные параметры.

6. Преобразованный сигнал определяет регулирующее воздействие и передается на выход Y.

7. Значение входного параметра Cycle определяет интервал между расчетами регулирующего воздействия и кратен времени цикла контроллера. При значении Cycle<=0 период работы блока равен циклу контроллера.

В момент включения автоматического режима, интегральная часть регулятора приводится к значению IV=X0-KP×Xz, дифференциальная часть регулятора обнуляется (производная приравнивается к нулю), а значение выходного сигнала Y не изменяется, что обеспечивает безударный переход на автоматический режим работы.

Ручной режим работы.

В ручном режиме (AUTO=FALSE), значение входного сигнала X0 без изменения передается на основной выход блока Y=X0, а значение входного сигнала X2 не фильтруется, поэтому выход YE=Xe=X1-KM×X2.

Ограничение выходного сигнала Y.

Ограничить диапазон допустимых значений выходного сигнала Y можно с использованием входных параметров Ymax (максимально допустимое значение) и Ymin (минимально допустимое значение). Ограничение доступно в любом режиме работы. Алгоритм будет правильно работать, если Ymax>Ymin.

Отследить выход сигнала Y за границы допустимого диапазона можно по дискретным выходным параметрам Dmax и Dmin согласно таблице:

Условие	Y	Dmax	Dmin	Значение интегральной составляющей
Ymin = Ymax = 0.0	Y = 0.0	true	true
Y >= Ymax	Y = Ymax	true	false	не увеличивается
Ymin < Y < Ymax	Y = Y	false	false
Y <= Ymin	Y = Ymin	false	true	не уменьшается
Ymin > Ymax	Y=Ymin	false	true

Запретить изменение выходного сигнала Y и интегральной составляющей можно с использованием входных дискретных сигналов Zup и Zdown:

Zup=TRUE - запрет на увеличение;
Zdown=TRUE - запрет на уменьшение;
Zup=TRUE и Zdown=TRUE - значение выходного сигнала не изменяется.

Пример синтаксиса на языке ST.

//вызов функционального блока

Block.RAN(AUTO, X1, X2, KM, TF, DB, KP, TI, KD, TD, X0, Cycle, Ymax, Ymin, Zup, Zdown);

//чтение регулирующего сигнала

Y := Block.Y;

//чтение сигнала рассогласования

YE := Block.YE;

//выход Dmax=true, если Y>=Ymax

Dmax := Block.Dmax;

//выход Dmin=true, если Y<=Ymin

Dmin := Block.Dmin;