Tallinna Polütehnikum

Automaatreguleerimise

konspekt

Stanislav Reinjärv

Anton Veeremets

Endrik Kalliver

AA – 03

2006 aasta

Sissejuhatus.

Automaatika süsteeme kasutatakse tootmisprotsessis, kus ta kõrvaldab inimese osavõtu selles protsessis ja võimaldab teostada selliseid protsesse mis on inimesele kahjulikud.

Automaatika süsteemi kuuluvad automaat kontrollimine ja automaat reguleerimine. Esimene neist teostab mõõtmisi ja teine teostab reguleerimist e. parameetri hoidmist kindlal tasemel või parameetri hoidmist kindlal tasemel reguleerimisprogrammi järgi.

Automaatika süsteemi nimetatakse automatiseerimiseks see võib olla osaline näiteks üks tööpink või tööliin või tsehh ja samuti võib esineda täielik automatiseerimine, sel juhul automatiseeritakse mitu tehnoloogilist protsessi mis on oma vahel seotud. Kompleks automatiseerimine on sel juhul, kui automatiseeritakse juhtimisprotsessid.

Seadmete sõlmede kogum mis võimaldab teostada automatiseerimist nimetatakse automaatika süsteemiks.

Nad võimaldavad mehhanismide ja seadmete automaatset käivitust, reverseerimist ja peatamist. Võimaldavad hoida mingit parameetrit kindlal tasemel või muuta seda teatud programmi järgi, hoida parameetreid min. või maks. tasemel ja muuta ühte parameetrit nii, et ta jälgiks teist parameetrit, mis võiks muutuda juhuslikult.

Automaatjuhtimissüsteemi klassifikatsioon.

Determineeritud (tavalised) süsteemid – inimese poolt antakse kogu vajalik info juhitava objekti kohta, inimene häälestab ja kui tekib objekti parameetrite muutumine, siis peab inimene süsteemi ümber häälestama. Süsteem ise ei ole võimeline oma struktuuri muutma. Need süsteemid pole eriti kallid, on töökindlad, kasutatakse paljude tootmisprotsesside juhtimiseks.

Nad võivad olla:

1. lahtise kontuuriga – need süsteemid ei ole võimelised kontrollima oma töö tulemusi ja need funktsioonid täidab inimene.

2. Automaatreguleerimissüsteemid.

Nendes süsteemides on olemas tagasiside mille kaudu süsteem kontrollib oma tegevust ja kui on vaja, siis korrigeerib. Näiteks mõõdab temperatuuri objektis, võrdleb seda ülesandega ja kui temperatuur on kõrvale kaldunud siis avab või sulgeb klapi ja taastab etteantud temperatuuri.

Adaptiivsed süsteemid (küberneetilised) – Nendele süsteemidele ei ole vaja ette anda kogu infot objekti kohta. Töö käigus nad ise koguvad infot, töötlevad ja kasutavad seda oma töös. Nad võivad muuta oma struktuuri, oma häälestusparameetreid vastavalt muutuvatele töötingimustele. Nad õpivad ise ja organiseerivad oma tööd. Süsteemid on keerulised ja kallid kuid töökindlad. Nendes kasutatakse arvuteid.

Automaatreguleerimissüsteemid. Põhimõisted.

ARS on alati suletud kontuuriga süsteem ja seal on kaks põhiseadet: regulaator ja objekt.

ARS sisaldab kahte põhikomponenti – regulaator (reguleerib objekti tööd) ja objekt (mis on reguleeritav. võib olla mootor, seade, protsess).

1)φ – reguleeritav parameeter

Suhtelisi ühikuid kasutatakse sellepärast, et nende abil saab võrrelda omavahel erineva dimensiooniga parameetreid.

2)λ – häired mis mõjuvad objektile ja kutsuvad esile φ muutumist.

3)µ - reguleeriv toime. Sellega reguleeritakse parameetreid objektis. Näiteks klapi avamine.

Süsteem toimib järgmiselt: regulaator tagasiside kaudu mõõdab parameetri suurust objektis ja võrdleb seda ülesandega ja kui esineb erinevus või kõrvalekalle, siis regulaator töötab välja µ ja selle abil reguleeritav parameeter viiakse vastavusse ülesandega. Parameeter mõõdetakse objektis anduriga, ülesanne seatakse seaduriga.

ARS klassifikatsioon.

ARS jaotatakse järgmiselt:

1) ülesande muutmise seaduse järgi

1. φ₀ = const (Need on stabiliseerivad süsteemid, mis hoiavad parameetri kindlal tasemel)

2. φ₀=f (t) (Muutumine võib olla juhuslik. Neid nimetatakse järgivateks süsteemideks). Kui φ₀ muutub aja vältel kindla programmi järgi, siis süsteem peab täitma seda. Neid nimetatakse programmeeritavateks süsteemideks.

ARS skeem võib olla järgmine:

1. Mõõteseade (koosneb andurist ja muundurist)

2. J uhtseade (võtab vastu mõõteseadmest tuleva signaali, võrdleb seda ülesandega. Võimendab

vahesignaali ja formeerib käsku, mis läheb edasi täiturmehhanismi. Tavaliselt kasutatakse igasuguseid võimendeid mille sisenditeks on võrdluselement, mis formeerib vahesignaali).

3. Täiturmehhanism (täidab tuleva käsu ja muundab seda signaali reguleerimisseadeldise ümberpaigutamiseks. Täiturmehhanismid võivad olla igasugused mootorid – elektrilised, pneumaatilised, hüdraulilised, relee jne…).

4. Reguleerimisseadeldis (klapid, siibrid, reostaadid)

5. O bjekt

Reguleerimissüsteeme võib jaotada järgmiste tunnuste järgi:

1) Lisatoite järgi

a) Otsetoimega, mis ei kasuta lisa toiteallikat

b) Kaudse toimega

2) Reguleerimisparameetri kõrvalekalde järgi

a) Staatilised (Nendes peale kõrvalekallet ei taastata täpselt parameetri endist asendit, vaid jääb kõrvalekalle , mida nimetatakse staatiliseks veaks.).

b) Astaatiline (Nendel süsteemidel staatiline viga puudub ja süsteem taastab endise parameetri täpselt.)

3) Jaotatakse kontuuride arvu järgi

a) Ühe kontuurilised süsteemid (ainult peatagasisidega)

b) Mitme kontuurilised süsteemid. (siin on juba sisse viidud kohalik tagasiside ja neid võib ka rohkem kui üks olla)

4 ) Reguleerimisparameetrite arvu järgi

a) Ühe parameetrilised

b) Mitme parameetrilised

1) Mittesidestatud (Sel juhul regulaatorid ei ole omavahel sidestatud ja töötavad sõltumatult. Seos on ainult objekti kaudu.).

2) Sidestatud süsteemid. Tänu sellele regulaatorite kiiretoimelisus suureneb ja reguleerimisvead vähenevad. Teine süsteem teatab esimesele süsteemile, et hakkab tööle.

5 ) Reguleerimistoime muutumise järgi aja vältel.

a ) Pideva toimega süsteemid

b ) Katkendliku toimega süsteemid (näiteks relee süsteemid)

Reguleerimisprintsiibid.

Määratakse sellega mis signaalile reageerib regulaator. Vastavalt sellele on olemas järgmised reguleerimisprintsiibid:

1) Reguleerimine parameetri kõrvalekalde järgi. See on universaalne printsiip. Reguleerimisaeg kõrvalekaldele ja hakkab tegutsema, kui kõrvalekalle ületab mittetundliku tsooni.

t₀ - kõrvalekalde algus

t₁ – regulaatori töö algus

S elle printsiibi järgi regulaator hakkab tegutsema igal juhul sõltumata sellest, millega kõrvalekalle on esile kutsutud. See on selle printsiibi eelis, kuid regulaator hakkab tegutsema ainult siis, kui parameeter on tunduvalt kõrvale kaldunud ning sellest tekib reguleerimisviga.

2) Reguleerimine koormuse järgi. Sel juhul regulaator reageerib koormusele ja hakkab tegutsema kohe, kui koormus muutub ootamata parameetri kõrvalekallet. Tänu sellele regulaator ei luba suurte vigade tekkimist ja kiiretoimelisus suureneb. See on eelis. Puudus on see, et regulaator ise ei kontrolli parameetri väärtusi ja selleks, et säilitada etteantud väärtus peab ta olema väga täpne. Selline regulaator reageerib ainult ühele signaalile. Kui aga tekib teine signaal siis sellele peab olema oma regulaator. Sellepärast ei kasutata seda regulaatorit eraldi vaid koos esimese printsiibiga, reguleerimisparameetri parandamiseks.

3) Reguleerimine parameetri muutumise kiiruse järgi e. reguleerimine tuletise järgi. Kui parameeter hakkab muutuma, siis tavaliselt algmomendil parameetri muutumise kiirus on suur ja kui formeerida signaali kiiruse järgi ning signaal anda regulaatorile, siis hakkab ta kohe tegutsema ootamata parameetri märgatavat kõrvalekallet. Sellega suureneb reguleerimistäpsus ja regulaatori kiiretoimelisus.

Automaatika süsteemide töörežiimid.

Jaotatakse kahte režiimi:

1) Staatiline on selline režiim mille juures sisendsignaalid ja väljundsignaalid ei muutu aja vältel. Näiteks: mootor töötab teatud kiirusega.

2) Dünaamiline režiim on selline kus sisend ja väljund parameetrid muutuvad aja vältel. Näiteks mootori kiiruse suurenemine. Dünaamiline režiim eksisteerib ülemineku ajal ühest staatilisest režiimist teise ja sellepärast nimetatakse seda siirde režiimiks. Dünaamiline režiim on elementide ja süsteemide jaoks tavaliselt raskem kui staatiline.