3. Программное регулирование температуры

Цель автоматического регулирования состоит в поддержании (без участия оператора) заданных значений физических величин, характеризующих протекание технологического процесса, или в изменении их по определенному закону (программе). Автоматическое устройство, обеспечивающее поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых значений, называют автоматическим регулятором.

По характеру изменения задающего воздействия системы автоматического регулирования подразделяются на системы автоматической стабилизации, системы программного управления и следящие системы.

В данной работе изучается система программного регулирования температуры воздуха в тепловом объекте с использованием программного регулирующего устройства типа РУ5-01М, которое является двухпозиционным (Пз) регулятором [1, 2].

Требуемый характер изменения температуры в объекте во времени (программа) наносится черной тушью в виде полосы шириной 10 мм на диаграммную ленту регулятора, которая движется с постоянной скоростью. Задаваемое изменение температуры, преобразуемое в электрический сигнал, сравнивается с сигналом, пропорциональным текущему значению регулируемого параметра, измеряемому термометром сопротивления. При несоответствии между текущим и заданным в данный момент значениями температуры в объекте появляется сигнал разбаланса, результат которого — выработка регулятором управляющего воздействия, поступающего на электрический исполнительный механизм. Заданное значение температуры t_зд (в относительных единицах φ₀) определяется по указателю программного регулятора РУ-5; текущее значение температуры t регистрируется на диаграммной ленте прибора КСМ.

Пз-регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, равное μ_макс, если текущее значение регулируемой величины φ ниже ее заданного значения φ₀ (рисунок 3), что приводит к возрастанию φ.

Рисунок 3 - Изменение регулирующего воздействия и переходный

процесс при возникновении в системе двухпозиционного регулирования симметричных (а) и несимметричных (б) автоколебаний

При достижении заданного значения φ = φ₀ регулирующее воздействие μ мгновенно уменьшается до μ_мин. Однако из-за наличия у объекта инерционных свойств регулируемая величина еще продолжает возрастать в течение некоторого времени (с уменьшающейся скоростью), и лишь затем ее значение начинает понижаться. При последующем достижении регулируемой величины заданного значения φ регулятор снова сформирует регулирующее воздействие μ_макс, что через некоторое время вновь приведет к очередному повышению регулируемой величины и т. д. Таким образом, при использовании Пз-регуляторов регулируемая величина φ совершает колебания относительно заданного значения φ₀. Эти колебания относительно среднего значения φ_ср, с амплитудой А и периодом Т называют автоколебаниями. Период автоколебаний

Т = τ_вкл + τ_отк ,

где τ_вкл и τ_отк — соответственно периоды включения и выключения управляющего сигнала (при μ_макс и μ_мин).

Качество двухпозиционного регулирования характеризуется, таким образом, параметрами возникающих в системе автоколебаний: амплитудой А, периодом Т и квазистатической ошибкой регулирования а₀, т. е. смещением среднего значения автоколебаний φ_ср, относительно заданного значения φ₀.

При совпадении среднего значения регулируемой величины с заданным (φ_ср = φ₀) смещение а_о = 0. В этом случае в системе возникают симметричные автоколебания регулируемой величины, когда τ_вкл = τ_отк; положительная и отрицательная амплитуды равны между собой.

Отклонение среднего значения φ_ср регулируемой величины от заданного вызывает появление смещения а_о = |φ_ср — φ₀|; при этом τ_вкл ≠ τ_отк, и в системе возникают колебания, форма которых несимметрична относительно заданного значения.

Чем меньше амплитуда автоколебаний ± А и смещение а₀, тем качество регулирования выше.

Для расчета параметров, характеризующих качество регулирования, на экспериментально полученную кривую программного регулирования (построенную по данным, регистрируемым КСМ), наносят линию заданного закона регулирования, профиль которой определяется правой границей черной линии (программы), нанесенной на диаграмму регулятора РУ-5.