Некоторые вопросы теории сар.

1. Переходные процессы в САР

2. Понятие устойчивости САР

3. Показатели качества регулирования

Структурная схема системы автоматического регулирования.

ОР - объект регулирования,

ИУ- исполнительное устройство,

Y-регулируемый параметр,

Д – датчик, измеряет Y и преобразует в стандартный сигнал,

Y_o-параметр заданный опрератором

Переходные процессы в САР

Переходный процесс – изменение регулирования параметра Y по времени в случае скачкообразного (резкого) изменения хода.

В системе регулирования возможны 2 входных воздействия:

1. Изменение задания изменения Y₀

2. Изменение возмущения Z

Существуют два вида переходных процессов:

1. По заданию

2. По возмущению

Понятие устойчивости САР

Система считается устойчивой, если, будучи выведенной из состояния равновесия, она с течением времени придет в установившееся состояние. Понятие устойчивости САР сформулировал Ляпунов.

Условие устойчивости – первое необходимое условие.

Показатели качества регулирования

При создании САР после определения устойчивости системы регулирования определяют показатели качества регулирования (базируются, как правило, на понижении технического процесса).

К показателям качества регулирования:

1. Время регулирования

2. Динамическая ошибка

3. Систематическая ошибка

4. Степень затухания переходного процесса

Время регулирования

Считается, что переходный процесс закончен, когда параметр входит в трубку точности.

Время регулирования – это время от начала изменения параметра до первого момента вхождения параметра в трубку точности и невыхода из нее.

Динамическая ошибка – это максимальное отклонение параметра от задания, это первая максимальная амплитуда.

y_дин = A₁ = A_max

Статистическая ошибка – это отклонение параметра от задания в установившемся режиме.

Степень затухания переходного процесса

, где A₃ – вторая положительная амплитуда

При построении САР задается степень затухания для того, что бы получить определенный переходный процесс.

Как правило, ψ = 0,75÷0,9. в этом случае получают затухающий колебательный процесс.

Статистическая ошибка должна быть равна нулю – точное регулирования.

Динамическая ошибка должна быть минимальна.

Показатели качества регулирования определяются:

1. Свойствами объекта

2. Техническими средствами автоматизации

Менять показатель качества позволяет контроллер.

Технические средства автоматизации (тса)

К ТСА относятся:

• Измерительные преобразователи (чувствительный элемент)

• Нормирующие преобразователи

• Контроллеры, автоматические регуляторы

• Исполнительные устройства

• Вторичные приборы (приборы, предназначенные для показания или записи параметра)

Лекция 5

Измерительные преобразователи

1. Измерение температуры

Для измерения температуры используют изменение какого-либо физического свойства тела, однозначно зависящего от температуры и легко измеряемого.

Рассмотрим указанные физические свойства:

• Объемное расширение тел [термопары расширения]

• Изменение давления в замкнутом объеме [манометрические термометры]

• Возникновение термоэлектродвижущей силы ТЭДС [термопары]

• Изменение электрического сопротивления проводников или полупроводников [термопары сопротивления]

• Изменение интенсивности излучения нагретых тел [пирометры]

Термометры расширения относятся к местным приборам (-150°С ÷ +600°С), принцип работы которых основывается на принципах измерения:

• Изменения объема жидкости

• Изменения размеров твердых тел [дилатометры]

Манометрические термометры состоят из:

• Термобаллона (1)

• Капилляра (2)

• Одновитковой трубчатой пружины (3)

• Шкалы (4)

У жидкостного манометрического термометра (-150°С ÷ +600°С) термобаллон заполняется жидкостью (ртуть, спирт, толуол). У газового манометрического термометра (-150°С ÷ +600°С) – газом (гелий, азот). У парожидкостного манометрического термометра или конденсационного манометрического термометра (-50°С ÷ +350°С) – легкокипящей жидкостью (эфир, пропан).

Принцип действия основывается на установленной зависимости давления от температуры P=f(T).

Термопары работают на принципе возникновения ТЭДС между двумя сплавами, спаянными друг с другом (см. схему). При некоторой разности температур горячего и холодного спаев термопары возникает ТЭДС, которая может быть зафиксирована.

Существуют следующие виды термопар:

• ТХК, термопара хромель-копель (-50°С ÷ +600°С)

• ТХА, термопара хромель-алюмель (-50°С ÷ +600°С)

• ТПП, термопара платинородий-платина (0°С ÷ +1300°С)

• ТВР, термопара вольфраморений (0°С ÷ +2200°С)

Термометры сопротивления. Принцип действия основан на эффекте изменения сопротивления проводника (Cu, Ni, Pt) в зависимости от температуры R=f(T). Пределы измерения (-250°С ÷ +1100°С).

Также для измерения больших температур (-50°С ÷ +6000°С) используются пирометры.

Измерение давления

Приборы для измерения давления классифицируются

По виду измеряемого давления:

• Манометры избыточного давления

• Манометры абсолютного давления

• Барометры

• Вакуумметры

• Мановакууметры (избыточное давление + вакуум)

• Напорометры (избыточное давление до 40 кПа)

• Тягометры (вакуум до -40 кПа)

• Дифференциальные манометры (перепад давления)

По принципу действия:

• Жидкостные

• Деформационные

• Поршневые

• Электрические

• Ионизационные

• Тепловые

Деформационные приборы для измерения давления

Чувствительные элементы:

• Манометрическая трубчатая пружина (до 1000 МПа). Используется упругая криволинейная полая трубка. Давление подается в полую трубку и преобразовывается в движение запаянного конца трубки. Малая ось (дуга) при давлении увеличивается, причем длина трубки остается постоянной.

• Сильфон – тонкостенная (0,1-0,3 мм) цилиндрическая оболочка (диаметр цилиндра 8-100 мм) с поперечными гофрами, способная получать значительные перемещения под действием давления или силы. Материалы, используемые для изготовления: бронза, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы. После подачи давления днище сильфона образует силу.

• Мембраны (упругие и эластичные, могут иметь гофры).

Деформационные датчики давления

Состоят из:

• Чувствительного деформационного элемента;

• Нормирующего преобразователя, который преобразует силу в стандартные сигналы(P: 0,02-0,1 МПа, E: 0-5 мА).

Тензорезисторные измерительные преобразователи давления («сапфиры»)

Представляют собой мембрану, на которую наклеиваются или напыляются тензорезисторы. В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта. Суть его в изменении сопротивления проводников или полупроводников при их деформации.

Распространены проволочные и фольговые тензорезисторы. Принцип работы описывается выражением , где - относительное изменение длины тензорезистора.

Материалы изготовления: кремний, сапфир. Класс точности: 0,6-1,5. Пределы измерения: 10^-3-60 МПа.

Рассмотренные измерительные преобразователи могут работать с уравновешенными мостами.

НП

Принцип действия моста основан на том, что сопротивление одного плеча (acb) определяется по сопротивлению другого (adb) плеча при отсутствии тока в диагонали моста.

R1, R2 – постоянные сопротивления;

Rt – сопротивление тензорезистора;

R3 – переменное сопротивление (реохорд);

РД – реверсивный двигатель;

НП – нуль-прибор;

В. Пр – вторичный прибор.

Реверсивный двигатель предназначен для перемещения каретки реохорда, кроме того, для перемещения стрелки вторичного прибора, предназначенного для записи показаний.

В равновесном состоянии (Rt=R3) НП показывает нуль. Если Rt изменилось, то на НП появится сигнал, для уравновешивания моста РД переместит каретку до тех пор, пока Rt=R3 и НП=0.

Данная схема моста используется также с термометрами сопротивления. В этом случае Rt- изменение сопротивления термосопротивления при изменении температуры (тогда вторичный прибор отградуирован в градусах).

Лекция 6