double arrow

По виду управляющего воздействия

Регулятор измеряет текущее значение регулируемой величины, сравнивает его с заданным значением и при появлении разности между ними воздействует на объект регулирования в направлении устранения возникшего рассогласования.

Основной характеристикой регулятора является зависимость между изменением регулируемой величины и перемещением регулирующего органа. По виду этой зависимости регуляторы можно разделить на следующие типы:

- позиционные;

- астатические, или интегральные (И);

- статические, или пропорциональные (П);

- изодромные, или пропорционально-интегральные (ПИ);

- пропорционально-дифференциальные (ПД);

- изодромные с предварением, или пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД).

В двухпозиционных регуляторах регулирующий орган может быть в положении полностью закрытом или полностью открытом. В трёхпозиционных регуляторах регулирующий орган занимает три положения: полностью открытое, среднее (нейтральное) и полностью закрытое. Двух- и трёхпозиционные регуляторы оказывают на регулируемый объект максимальное воздействие в случае отклонения регулируемой величины. Рассмотрим пример позиционного регулятора.

На рис. 1.18 представлена система автоматического подогрева воды в баке с использованием электронного моста, например, КСМ-3. Разогрев воды производится трубчатыми электрическими нагревателями (ТЭНами). В качестве датчика температуры применён терморезистор RT, помещённый в кожух с разогреваемой средой. В случае превышения заданной температуры воды измерительная схема прибора КСМ-3 разбалансируется, реверсивный двигатель показывающего устройства электронного моста начинает вращаться и размыкает контакт K с помощью профильных дисков. В цепи контакта K отключается обмотка реле KV. В свою очередь контактом этого реле посредством магнитного пускателя KM отключается ТЭН. При отклонении температуры ниже заданной контакт K прибора КСМ-3 замыкается и включается реле KV, затем включается ТЭН.

Рис. 1.18. Принципиальная электрическая схема позиционного регулятора температуры

Рассмотрим эту систему автоматического регулирования температуры в соответствии с функциональной схемой САР. Регулируемый объект в данном случае – бак, регулируемая величина – температура воды. Кроме бака с водой, все остальные устройства образуют регулятор температуры. Чувствительным элементом, воспринимающим изменения температуры в объекте, является терморезистор RT. Задающее устройство и усилитель входят в состав электронного моста КСМ-3. Функцию исполнительного механизма в данном случае выполняет магнитный пускатель ПМ, а регулирующего органа – трубчатый электрический нагреватель. Регулятор здесь непрямого действия.

При отклонении температуры в объекте от заданного значения регулирующий орган (ТЭН) в этом регуляторе имеет лишь два состояния: «Включено» и «Отключено», в результате обеспечивается позиционное регулирование температуры. В системах ТГВ позиционные регуляторы применяются довольно часто из-за простоты их конструкции, кроме того многие процессы не требуют высокой точности поддержания регулируемой величины на заданном значении, как это имеет место в приведённом примере.

В статическом (пропорциональном) регуляторе величина перемещения регулирующего органа пропорциональна отклонению регулируемой величины:

,

где K – коэффициент усиления регулятора.

Работу пропорционального регулятора рассмотрим на примере резервуара с водой, в котором необходимо поддерживать заданный уровень («смывной бачок»). Объект регулирования в этом примере – резервуар с водой (рис. 1.19), регулируемая величина – уровень жидкости L.

 
 


Рис. 1.19. Пример системы автоматического регулирования с пропорциональным регулятором:

1 – поплавок; 2 – клапан

Чувствительный элемент в этой системе – поплавок, регулирующий орган – клапан 2, связь между ними напрямую, длина тяги 3 выполняет роль задающего устройства, усилитель и исполнительный механизм отсутствуют, поэтому в этом примере имеем регулятор прямого действия.

Очевидно, что в этой конструкции имеется пропорциональная зависимость между перемещением регулирующего органа S и отклонением уровня :

,

где K – коэффициент пропорциональности.

Пропорциональная зависимость между перемещением регулирующего органа и отклонением регулируемой величины от её заданного значения в статическом регуляторе может быть достигнута также за счёт действия жёсткой обратной связи, реализуемой редукторами, рычагами, пружинами и др.

В пропорциональных регуляторах отклонение регулируемой величины устраняется не полностью, имеется так называемое остаточное отклонение параметра, или статическая ошибка. Наличие статической ошибки в процессе регулирования позволяет применять статические регуляторы только для таких технологических процессов, которые допускают статическую ошибку.

В астатическом (интегральном) регуляторе при отклонении регулируемой величины от заданного значения регулирующий орган перемещается со скоростью , пропорциональной отклонению регулируемой величины :

, (1)

где ТИМ – коэффициент пропорциональности, представляющий время перемещения исполнительного механизма из одного крайнего положения в другое;

y – регулирующее воздействие;

t – время;

Kp – коэффициент усиления.

Если уравнение (1) проинтегрировать, то получим функциональную зависимость во времени регулирующего воздействия y от отклонения регулируемой величины :

.

В частном случае при получим зависимость

.

Из этого уравнения следует, что регулирующее воздействие астатического регулятора пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины от заданного значения. Поэтому астатический регулятор называют интегральным.

Рассмотрим астатический регулятор на примере регулятора давления (рис. 1.20), различные модификации которого применяются в системах теплоснабжения предприятий строительной индустрии, а также в системах газоснабжения.

Рис. 1.20. Пример астатического регулятора (регулятор давления)

Объект регулирования в этом примере – отрезок тепловой сети, регулируемая величина – давление на выходе регулятора P2. Чувствительным элементом является упругая мембрана 2, двухседельный клапан 3 выполняет функцию регулирующего органа, а груз 4 – функцию задающего устройства.

Отклонение давления P2 передаётся через трубку 1 в надмембранную полость регулятора, в результате на мембране развивается усилие, пропорциональное давлению P2, мембрана прогибается и перемещает через шток 5 двухседельный клапан 3. Направление перемещения клапана 3 зависит от знака отклонения давления P2. Груз 4 может перемещаться вдоль рычага, что позволяет устанавливать заданную величину давления P2. Регулятор будет находиться в равновесии лишь при единственном значении регулируемого давления P2, определяемого весом груза 4 и его положением на рычаге. Это объясняется тем, что равновесие мембраны возможно только при равенстве усилий со стороны надмембранной полости и усилия на клапане 3. Двухседельный клапан будет перемещаться до тех пор, пока не исчезнет разность между заданным и фактическим давлением P2; аналитически это можно записать так:

,

где l – перемещение двухседельного клапана;

K – коэффициент передачи регулятора;

– отклонение давления от заданного значения.

После преобразования получим выражение:

,

из которого следует, что перемещение l клапана 3 пропорционально интегралу от отклонения давления . Рассмотренный регулятор – прямого действия, так как усилитель в нём отсутствует.

При отклонении регулируемой величины от заданного значения в астатическом регуляторе воздействие на регулирующий орган происходит до тех пор, пока не восстановится заданное значение регулируемой величины.

Изодромные (пропорционально-интегральные) регуляторы обладают свойствами как астатических, так и статических регуляторов. Это достигается введением в них гибкой изменяющейся в процессе регулирования обратной связи. Зависимость величины перемещения регулирующего органа от отклонения регулируемой величины может быть представлена выражением:

.

Уравнение состоит из пропорциональной составляющей и интегральной составляющей регулирующего воздействия.

В пропорционально-дифференциальных регуляторах, или ПД-регуляторах, величина перемещения регулирующего органа y пропорциональна отклонению регулируемого параметра x и скорости его отклонения :

,

где TД – время предварения;

KЗ – коэффициент передачи дифференцирующего звена.

Такие регуляторы называют регуляторами с предварением. Введение в закон регулирования сигнала, зависящего от скорости изменения регулируемой величины, повышает качество регулирования.

Для регулируемых объектов, у которых часто и резко изменяется нагрузка и велико запаздывание, используют изодромный регулятор, у которого дополнительно вводится воздействие по скорости отклонения регулируемой величины. В результате получается пропорционально-интегрально-дифференциаль-ный регулятор. Закон регулирования ПИД регулятора может быть представлен выражением:

.

Пропорционально-интегральные, пропорционально-дифференциальные и пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы более сложные в конструктивном исполнении по сравнению с позиционными, статическими и астатическими регуляторами, но качество их регулирования выше по сравнению с последними.

Астатический регулятор характеризуется наибольшей длительностью переходного процесса, что следует рассматривать как его недостаток. Достоинство регулятора – равенство фактического значения регулируемой величины заданному x0 в конце переходного процесса. В статическом (пропорциональном) регуляторе длительность переходного процесса несколько меньше, но регулирование заканчивается ошибкой . В пропорционально-интегральном регуляторе длительность переходного процесса меньше, чем в статическом и астатическом регуляторах, регулирование заканчивается без ошибки, однако эти качества достигаются усложнением его конструкции. Наилучшей характеристикой обладает пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, что достигается ещё большим усложнением конструкции регулятора.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: