Объект регулирования

Так как объект регулирования является частью АСР, свойства системы в значительной мере зависят от свойств объекта. Для создания работоспособной системы, обеспечивающей необходимое качество регулирования, нужно знать статические и динамические характеристики объекта. Изучение свойств объекта возможно аналитическим и экспериментальным путями. Аналитическое изучение объекта сводится к составлению уравнений, характеризующих его в установившемся состоянии и переходном режиме, и расчету по ним характеристик. Экспериментально получить статические и временные характеристики объекта в виде графиков или таблиц, с помощью которых также могут быть найдены искомые уравнения.

Переходной функцией объекта, или кривой разгона, в рассматриваемом случае является зависимость отклонения уровня воды Н в емкости (рис.4) от начального значения во времени после нанесения скачкообразного возмущения. Это возмущение наносят на объект резким изменением степени открытия проходного вентиля 1, установленного на трубопроводе. Кривую разгона начинают снимать только при установившемся значении уровня Н₀ и соответствующем открытии клапана F₀, что соответствует равенству прихода и расхода воды в объекте. По снятой кривой разгона (рис. 5) определяют: постоянную времени объекта Т₀, коэффициент усиления К ₀ и время запаздывания t. Для этого в точке максимальной крутизны кривой разгона проводят касательную. За время запаздывания t принимают отрезок, отсекаемый касательной по оси времени t (рис. 5). За постоянную времени Т₀ принимают величину подкасательной.

f(t)

F

F₀ f(¥)

Н Tа

Ho

t

Tp t

Рис. 5. Кривая разгона объекта

Коэффициент усиления объекта равен отношению установившегося значения контролируемой величины к установившемуся значению управляющего (возмущающего) воздействия, т.е. .

Получив исходные данные, можем записать дифференциальное уравнение объекта:

и соответствующую ему передаточную функцию:

,

где ; ; F – расход жидкости или степень открытия клапана; S – оператор преобразования Лапласа.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА

ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ

Установка (рис. 4) состоит из впускного трубопровода с краном - 1, манометра шкального устройства регулятора уровня - 2, механизма контроля регулятора - 3, вторичного регистрирующего прибора ПВ 10.1Э - 4, образцового манометра - 5, исполнительного механизма - 6, фильтра - 7, редуктора воздуха - 8, поплавковой камеры регулятора - 9, водомерного стекла - 10, сливного трубопровода с краном - 11, приемной воронки - 12, емкости – 13, ротаметра РЭД – 14, вторичного прибора КСД-2 – 15.

Изменение уровня воды в емкости 13 производится с помощью кранов 1 и 11. Значения уровня жидкости в емкости определяются с помощью водомерного стекла.

Рис.4. Схема лабораторной установки АСР уровня жидкости

Установка стрелки механизма контроля на нулевую отметку производится изменением длины штока 9 (рис. 2). Проверка работы механизма контроля и шкального устройства регулятора осуществляется при положениях уровня, соответствующих 50 и 100 % его максимального значения. В случае несовпадения стрелки прибора с указанными отметками, изменяются передаточное отношение механизма контроля перемещением кулачка 11 вдоль его оси. Непрерывному значению уровня от 0 до 100 % соответствует непрерывное изменение давления сжатого воздуха, подаваемого на вторичный прибор в пределах 0,02 – 0,1 МПа, а воздуха, направляемого в линию исполнительного механизма, в пределах 0 – 0,1 МПа.

После поверки работы механизма контроля и шкального устройства выполняют поверку манометра шкального устройства и вторичного прибора, сравнивая их показания с показаниями водомерного стекла. Поверку показаний приборов производят в трех точках. Полученные данные заносят в табл. 1.

Статические зависимости между давлением сжатого воздуха регулятора (в линии исполнительного механизма) и положением уровня жидкости в емкости, снимают при значении пределов пропорциональности 100, 80, 60, 40 и 20 %. Установив одно из указанных значений предела пропорциональности по шкале его настройки, начиная от нулевой отметки, последовательно дискретно изменяют уровень жидкости в баке, наблюдая за его изменением по водомерному стеклу. В моменты, когда стрелка образцового манометра прекращает перемещаться, фиксируют положение уровней по водомерному стеклу.

По этим точкам определяют величину изменения уровня, вызвавшую перемещение регулирующего органа из одного крайнего положения в другое.

Действительные значения пределов пропорциональности рассчитываются по уравнению, %:

,

где DН - изменение уровня жидкости в баке (участок шкалы водомерного стекла) % от диапазона изменения измеряемого уровня;

DР_вых - изменение давления воздуха на выходе регулятора (%), соответствующее изменению уровня жидкости в емкости на DН, %.

Расхождение значений действительных пределов пропорциональности и указанных по шкале настройки не должно превышать 6-10 %.

Полученные данные заносят в табл. 2 и строят статические характеристики регулятора, откладывая по оси абсцисс высоту уровня жидкости в емкости в % от диапазона его изменения, а по оси ординат - значение давления воздуха на выходе регулятора.

В данной лабораторной работе предусматривается также снятие кривой разгона гидравлического объекта с самовыравниванием (при отключенном регуляторе) и переходной характеристики системы автоматического регулирования уровня с пропорциональным регулятором.