2018-03-09
262
1. Принципиальная схема и описание работы регулятора.
Устройство регулятора поясняет его принципиальная схема,
приведенная на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема регулятора давления: 1 – регулирующий орган (пара «клапан-седло»); 2 – полость выходного (регулируемого) давления; 3 – задающее устройство (регулируемая пружина); 4- чувствительный элемент (мембрана); 5 – полость входного (высокого) давления.
Функция регулятора состоит в устойчивом (без автоколебаний) поддержании постоянным (с определенной точностью) выходного давления при изменении входного и расхода газа потребителями.
Регулятор работает следующим образом: в начале с помощью задающего устройства 3 устанавливается величина выходного регулируемого давления. Она определяется усилием, действующим на чувствительный элемент 4 со стороны задающего устройства 3 при определенном входном давлении и расходе газа. Затем, в случае изменения величины давления во входной полости 5 или расхода газа в процессе функционирования регулятора, меняется и величина давления в полости 2., в соответствии с чем нарушается силовое равновесие и чувствительный элемент 4, а также связанный с ним регулирующий орган I, перемещаются в новое положение. Причем, регулирующий орган требуемым образом изменяет приход газа в полость 2 и тем самым компенсирует с заданной точностью произошедшее в ней изменение давления.
2. Определение основных рабочих характеристик и постановка задачи моделирования.
Регулятор может работать в установившихся (равновесном и периодическом), а также в переходном режимах. При этом рабочим установившимся режимом является равновесный, а периодический (автоколебательный) режим является аварийным. Переходный режим должен обеспечивать переход от одного установившегося равновесного режима к другому при действии на регулятор возмущений.
В соответствии с указанным основной рабочей характеристикой регулятора является статическая, устанавливающая связь выходного давления в установившемся равновесном режиме с давлением на входе в регулятор и расходом газа потребителями. Таким образом, задача моделирования сводится к разработке математической модели, позволяющей выявить влияние конструктивных параметров регулятора и внешних воздействий (давление на входе и расход газа потребителями) на установившееся значение выходного давления. Это позволит определить точность функционирования регулятора. Кроме того необходимо выявить как будет протекать переходный процесс в системе. Это позволит определить устойчивость процесса управления давлением.
3. Построение математической модели.
Построение математической модели включает в себя две фазы: принятие допущений и математическое описание полученного идеализированного объекта (расчетной схемы).
а) Принятие допущений.
В качестве допущений принимаемых при построении модели регулятора, отражающей кибернетический аспект его функционирования, используются следующие:
допущение о равновесности газа в полости низкого давления, т. е. о том, что параметры газа (давление, температура) в разных точках этой полости одинаковы и состояние газа можно охарактеризовать не распределенными по координатам, а сосредоточенными значениями названных параметров;
допущение об адиабатичности процесса взаимодействия газа и стенок полости низкого давления;
допущение о рассмотрении газа в полости низкого давления как идеального;
допущение о том, что в реализуемом диапазоне перемещения подвижных частей регулятора жестокость пружины и коэффициент трения не изменяются;
ряд других допущений.
б) Описание расчетной схемы.
При описании расчетной схемы, приведенной на рис. 2. используется концептуальный подход, базирующийся на применении основных физических законов в их «чистом» непреобразованном виде.
Рис. 2.
