2 Двухпозиционные регуляторы (On-off controller)
где: е (t) - ошибка (единица обратной связи)
u (t) - управляющий сигнал (выход регулятора).
Статическая характеристика контроллера приведена на рис.1
Рис. 1 Статическая характеристика контроллера
Назначение. Принцип работы
Двухпозиционный контроллер - самый простой и имеет некоторые важные преимущества.
Он экономичный, простой конструкции и не требует никакой настройки параметров. Если колебания не будут мешать работе системы, и если не нужна настройка параметров контроллера, двухпозиционный регулятор является хорошим решением.
Кроме того, если приводы работают только в двух режимах (включено- выключено), то двухпозиционный контроллер почти всегда используется с такими приводами. Пэтому On-off контроллеры часто используются в бытовой технике (холодильники, стиральные машины и т.д.) и в перерабатывающей промышленности, когда требования по контролю качества невысокие (контроль температуры в помещениях и т.д.).
Двухпозиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием, не требуют настройки и просты в эксплуатации. Эти регуляторы представляют обычный и наиболее широко распространенный метод регулирования.
Двухпозиционные регуляторы используются для управления переключательными элементами - дискретными исполнительными устройствами:
электромеханическими реле,
контакторами,
транзисторными ключами,
симисторными или тиристорными устройствами,
твердотельными реле и др.
В простейшем случае (без обратной связи) двухпозиционный регулятор работает как двухпозиционный переключатель. Например, мощность, подаваемая на нагреватель, имеет только два значения - максимальное и минимальное (нулевое), две позиции (отсюда и название регулятора - двухпозиционный) - нагреватель полностью включен или полностью выключен. Структурная схема двухпозиционной системы регулирования приведена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема двухпозиционной системы регулирования
где: АР – двухпозиционный регулятор, ОУ – обьект управления, SP – узел формирования заданной точки (задания), Е – рассогласование регулятора, PV=X – регулируемая величина, У – управляющее воздействие, Z – возмущающее воздействие.
Для предотвращения «дребезга» управляющего выходного устройства (например, реле) и исполнительного механизма (например, нагревательного элемента) вблизи задания SP (слишком частого включения нагревателя), предусматривается гистерезис Н.
3 Гистерезис
Параметр гистерезис определяет выброс (+ или -) от уставки SP. Эта величина используется для минимизации шума в PV, для более точного определения частоты колебаний процесса.
Множество управляемых систем намеренно имеют гистерезис. Например, рефрижератор может включить компрессор, когда температура выше 45 0С. Если компрессор остановится, когда температура упадёт ниже 450С, компрессор может включиться, когда температура достигнет 44.99999 0С и остановится снова, как только температура качнётся на тысячную долю градуса. Поэтому термостаты создаются с встроенным гистерезисом. Так что компрессор запускается только когда температура достигнет 430С. Интересный результат гистерезиса тот, что он показывает определённое количество «зависимости». Сможет ли компрессор включиться при 44 0С? Это зависит от того, был ли рефрижератор в охлаждающем или нагревающем цикле.
При какой температуре мог бы компрессор вкл/выкл? И снова – это зависит от того, был ли компрессор при 450С. Но выкл при 430С. Область в середине вэтом случае - это область, где нет чёткого ответа, пока вы не знаете историю системы, которую вы наблюдаете.
Функцию гистерезиса может выполнять компаратор, обладающий эффектом гистерезиса. Если значение входа превышает максимальное пороговое значение, выход становится равным 0. Если значение входа меньше минимального порогового значения, выход становится равным 1. В пределах от минимального порогового значения до максимального порогового значения выход функции не меняется. Триггер Шмидта можно использовать для задания гистерезиса. Двухпозиционный контроллер (компаратор) сравнивает значение измеренной величины с эталонным (уставкой). Состояние выходного сигнала изменяется на противоположное, если входной сигнал (измеренная величина) пересекает пороговый уровень (уставку).
В режиме двухпозиционного регулятора (компаратора) он сравнивает значение входной величины с уставками и выдает управляющий сигнал на выходное устройство в соответствии с заданной логикой.
Выходной сигнал двухпозиционного регулятора может иметь только два значения: максимальное и минимальное. Одно из них включает, а другое выключает выходное устройство.
Поэтому для работы в режиме двухпозиционного регулятора требуется выходное устройство дискретного типа (э/м реле, транзисторная оптопара, оптосимистор, выход для управления внешним твердотельным реле).
Тип логики двухпозиционного регулятора, уставка Туст. и гистерезис Н задаются пользователем при программировании прибора.
Двухпозиционный регулятор используется:
для регулирования измеренной величины в несложных системах, когда не требуется особой точности;
для сигнализации о выходе контролируемой величины за заданные границы.
Например, описание работы двухпозиционной системы регулирования температуры в печи с помощью нагревателя может быть представлено следующим образом:
нагреватель включен, пока температура в печи (X=PV) не достигнет значения заданной точки SP.
выход регулятора Y (нагреватель) отключается, если регулируемая величина (температура) выше заданной точки SP.
повторное включение нагревателя происходит после уменьшения температуры до значения SP-H, т.е. с учетом гистерезиса H переключательного элемента.