Функциональные устройства

Позволяют выполнить суммирования, деление, интегрирования сигнала. Дифференцирования, динамического преобразования селектирования сигналов, их ограничение и многое другие.

Регулирующие, функциональные устройства относятся к техническим сродством ГСП, предназначенным для обработки информации и формирование команд управления. Они совместимы друг с другом. Из них можно компоновать простые(одноконтурные, многсвязаные и др) системы регулирования с управлением. Все они входят в комплексы «Старт»,

«Контур», АКЭСР.

В верхнюю полость 1 мембранного пневматического ИМ подает-ся командный унифицированный сигнал P = 20÷100 кПа, под действи-ем которого вялая мембрана 2 с жестким центром прогибается. Вслед-ствие этого перемещается шток 3 и сжимается пружина 4. Перемещение штока Δ l передается на регулирующий орган. Это исполнительный механизм прямого действия. В ИМ обратного действия при увели-чении командного давления P, подаваемого под мембрану, свободный конец штока движется вверх. При прекращении подачи командного давления шток ИМ под действием пружины возвращается в исходное состояние. В поршневых ИМ командное давление действует на пор-шень 2, который перемещает шток 3.

Основными элементами электрических исполнительных меха-низмов являются электрический двигатель, редуктор для понижения числа оборотов, выходной вал с приспособлением для сочленения ИМ с регулирующим органом, ручной привод, устройство с конечными вы-ключателями для останова ИМ в крайних положениях, устройство об-ратной связи, тормозное устройство, указатель положения ИМ. У одно-оборотных ИМ выходной вал поворачивается на 0,25 или 0,63 оборота. Кроме этого, в системах автоматического регулирования применяются многооборотные и прямоходные ИМ. По-следние предназначены для прямолинейного перемещения с постоянной скоростью регу-лирующих органов.

В регулирующем органе при переме-щении золотника 1 относительно седла 2 (рис. 8.40) изменяется проходное сечение и расход среды, проходящей через регули-рующий орган. В химической промышлен-ности в качестве регулирующих органов ис-пользуются клапаны и заслонки. Клапаны делятся на односедельные (рис. 8.40, а) и двухседельные (рис. 8.40, б и в). Односе-

дельные клапаны используются для изменения малых расходов веще-ства при низких давлениях, так как на клапан действует выталкиваю-щая сила среды. В двухседельных клапанах затвор уравновешен за счет перераспределения потока среды, поэтому их можно применять при больших расходах среды и при высоких давлениях. Диафрагмовые ре-гулирующие органы (рис. 8.40, д) используются для регулирования по-токов агрессивных сред. Диафрагма 1, изготовленная из резины или фторопласта, закреплена по периферии. Центр диафрагмы прогибается под действием силы, приложенной штоком к крестовине 2, изменяя проходное сечение. Шланговые регулирующие органы (рис. 8.40, е) используются для регулирования шламообразных потоков. Шланг 1 вы-полняется из резины с тканевой прослойкой. При изменении положения штока перемещаются траверсы 2, изменяя проходное сечение. Клапан с пневматическим исполнительным механизмом принято называть пнев-матическим регулирующим органом.

Регулирующие органы с пневматическими исполнительными ме-ханизмами могут быть нормально открытые и нормально закрытые. При отсутствии командного давления проходное сечение нормально открытого клапана (НО) полностью открыто, а нормально закрытого (НЗ) – полностью закрыто.

Заслонка регулирующая используется для изменения расхода газа. Шток ИМ с помощью рычага поворачивает заслонку, вследствие чего изменяется проходное сечение и изменяется расход газа (см. рис. 8.40, г).

Суперпозиция линейных систем: реакция системы на сумму воздействий равна сумме реакций на каждые воздействия, что позволдяет обнулять воздействия.

Поэтому анализ систем регулирования приводят в систему линейных одномерных одноконтурных АСР. Все это основанона уравнение к динамики и передаточных функций. Эту работу производят специалисты кибернетики и служба автоматизации.

Одноконтурные АСР наиболее широко используются для поддер-жания регулируемой величины y (τ)в малой окрестности относительно

её заданного постоянного значения y _зд(τ) = const при воздействии со

стороны внешних возмущений x _в(τ) (рис. 8.41).

Рис. 8.41. Схема одноконтурной системы Если математическое описание динамических характеристик эле-ментов АСР представлено в виде передаточных функций, то, используя метод структурных преобразований, можно получить передаточную функцию замкнутой системы по каналу управления Y _зд(p) → Y (p) и по

каналу возмущения X _в(p) → Y (p).

Передаточную функцию замкнутой системы по каналу управления получим с учетом замечательного свойства суперпозиции линейных систем: реакция системы на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое воздействие, что позволяет обнулять воздействия. В данном случае примем, что внешнее воздействие X _в(p) = 0. Оставшаяся часть

системы соединена по принципу отрицательной обратной связи. Ис-пользуя выражение (8.49), получим выражение передаточной функции замкнутой системы по каналу управления

Передаточную функцию одноконтурной замкнутой системы по каналу возмущения получим при условии равенства нулю заданного значения. Для этого выделим канал возмущения (рис. 8.42) и перенесем точку приложения сигнала возмущения с выхода на вход системы (рис. 8.43).

Рис. 8.42. Схема одноконтурной системы с выделенным каналом возмущения

Теперь сигнал возмущения поступает на выход системы, пройдя некий фильтр W _ф(p), регулятор и объект. Запишем выражения для изо-

бражения выходного сигнала Y (p) в соответствии со схемами, изобра-женными на рис. 8.42 и 8.43, при условии Y _зд(p) = 0:

Чтобы схемы были эквивалентными, должно выполняться условие:

Отсюда получим выражение передаточной функции фильтра

В соответствии со схемой, приведенной на рис. 8.43, при Y _зд (p) = 0 фильтр последовательно соединен с замкнутой системой, поэтому

Полученные передаточные функции замкнутой системы по каналу управления (8.116) и по каналу возмущения (8.120) можно использовать с целью построения дифференциальных уравнений для решения вопро­сов анализа АСР.

Для получения дифференциального уравнения системы к выраже­нию соответствующей передаточной функции нужно применить обрат­ную процедуру перехода от функций комплексного переменного к функциям вещественной переменной.

Пусть передаточная функция АСР имеет вид

Запишем уравнение системы в операторной форме:

Теперь, используя свойство преобразования Лапласа - изображе­ние дифференциала, запишем дифференциальное уравнение динамики:

Приравнивая нулю производные, получим уравнение статики

Система называется устойчивой, если после снятия возмуще­ния она возвращается в равновесное состояние.