5. Астатическое (интегральное) регулирование (и - регуляторы)

Эти регуляторы работают без неравномерности, и статическая ошибка регулирования объекта при их применении равна нулю. Вместе с тем они имеют склонность к колебательности, поэтому могут применяться в основном только на объектах, обладающих свойством самовыравнивания и не предъявляющих больших требований к качеству регулирования.

Схема астатического регулятора уровня воды в баке

Рис. 3.2 Процесс изменения величин ΔY и Х_р по времени

П ри повышении уровня воды в баке, вызванном уменьшением расхода воды потребителем на стоке, поплавок 1 поднимется и повернет рычаг 2 относительно шарнира О против часовой стрелки. При этом золотник 3 переместится кверху и соединит верхнюю полость исполнительного механизма с маслопроводом высокого давления. Нижняя полость цилиндра окажется сообщенной через золотник со сливной линией маслопровода. Под влиянием разности давлений поршень исполнительного механизма начнет двигаться вниз и закрывать регулирующий клапан 5, уменьшая приток воды в баке.При регулировании объекта, лишенного самовыравнивания, регулятором астатического типа (И-регулятором) даже в идеальном случае возникает незатухающий процесс.

На рис. 3.5 показана схема астатического регулятора давления жидкости или газа прямого действия. Регулятор поддерживает заданное давление р₂ в трубопроводе за клапаном. Это давление подается на гибкую мембрану 1, жестко связанную со штоком 2 уравновешенного двухседельного клапана 3. На трубе 4, подводящей регулируемое давление в надмембранное пространство, установлен дроссель 5, с помощью которого можно изменять скорость перемещения.

Р ис. 3.5. Схема астатического регулятора давления газа или жидкости за регулирующим клапаном.

Величина регулируемого давления задается грузом 6, установленным на рычаге 7, имеющем неподвижную точку опоры О. Противоположный конец рычага шарнирно связан со штоком 2 клапана. Статические условия равновесия механизма мембраны при уравновешенном клапане выражаются уравнением

где q - сила, действующая вдоль штока снизу вверх, кг; F - площадь мембраны, см²; р₂ - давление, действующее на поверхность мембраны, кг/см².

G6 =q a, откуда q = G,

где G вес груза, кг, а и б плечи рычага. Величина регулируемого давления

, кг/см²

При данной настройке регулятора величины G, F, а и б имеют постоянное значение, поэтому регулятор будет поддерживать заданное давление р₂ независимо от открытия клапана (oт расхода регулируемого вещества).При отсутствии самовыравнивания объекта процесс будет иметь колебательный характер. Амплитуда и частота колебаний зависит от скорости перемещения клапана, настраиваемой с помощью дросселя 5 на соединительной линии. Таким образом, скорость регулирования представляет собой единственный параметр динамической настройки астатического регулятора.

6. Статическое (пропорциональное) регулирование (п – регуляторы)

С истема автоматического регулирования, у которой регулируемая величина (входной параметр) закономерно связана с нагрузкой (выходная величина)наз пропорциональной, а регулятор, создающий подобную закономерность, наз статическим или пропорц (П - регулятор). Чем выше нагрузка Q, тем меньше значение регулируемого параметра Y. Разность между значениями Y₀ и при максимальной нагрузке Y_max ΔY= Y₀ – Y_max представляет собой величину неравномерности. Относя эту величину к среднему значению регулируемого параметра , получим безразмерную величину, называемую степенью неравномерности регулирования:

Рис.3.6. Статическая характеристика пропорционального регулятора.

Статический регулятор косвенного действия с механическим элементом жесткой обратной связи показан на рис. 3.8. Регулятор предназначен для поддержания заданного уровня путем изменения притока воды в бак, при произвольном изменении расхода воды потребителем на стоке.

Р ис. 3.8. Схема статического регулятора уровня воды в баке (косвенного действия) с жесткой обратной связью по положению клапана.

При нанесении объекту возмущения путем увеличения стока регулятор будет работать по следующей схеме:

Поплавок 1, приняв понижение уровня, повернет рычаг 2 относительно пока неподвижного шарнира О и опустит золотник 3, открыв доступ масла от насоса под поршень исполнительного механизма 4. При движении поршня кверху клапан 5 будет увеличивать приток воды в бак. Одновременно кверху будет двигаться конец рычага 2, связанный с шарниром О. При этом золотник 3 поднимется и перекроет каналы на впуск и выпуск масла из цилиндра исполнительного механизма.

При изменившейся нагрузке состояние равновесия механизма будет достигнуто при пониженном против первоначального уровня, так как в этом состоянии точка O₁ может занимать только одно положение, когда каналы золотника перекрыты. Чем больше изменение нагрузки, тем значительнее отклонение уровня от первоначального в новом установившемся состоянии.

Основное свойство этих регуляторов выражается в том, что перемещение регулирующего органа Хр - пропорционально отклонению от заданного значения регулируемой величины ΔY:

(3.4)

где k_p - коэффициент усиления регулятора (соответствующего в динамическом отношении усилительному звену).

Преимущество регулятора с жесткой обратной связью по расходу состоит в том, что он учитывает все внутренние возмущения, влияющие на приток регулируемого вещества к объекту. Величина неравномерности регулирования является параметром динамической настройки П-регулятора. Увеличение ее приводит к повышению устойчивости, т. е. снижает колебательность процесса регулирования. Но при этом возрастает разность регулируемых величин, поддерживаемых регулятором в установившемся состоянии при нулевой и максимальной нагрузках (статическая ошибка регулирования).

Обычно в эксплуатации имеется предел допустимой по тем или иным причинам статической ошибки, что ограничивает возможности динамической настройки регулятора.