4.2. Регуляторы непрерывного действия
Современные аналоговые промышленные регуляторы, например, РБА, Р12 и др. строятся на базе операционных усилителей (ОУ), используя модульный принцип формирования универсального ПИД закона регулирования. Регулятор собирается из однофункциональных элементов на ОУ (сумматоров, интеграторов, дифференциаторов, демпферов, ограничителей и др.) таким образом, чтобы обеспечить независимую настройку параметров ПИД закона регулирования, записываемого выражением:
,
(4.1)
где
– коэффициент пропорциональности;
– постоянные времени, соответственно
дифференцирования, демпфирования
(фильтрации), интегрирования.
Из
уравнения (4.1), полагая
,
,
получим П-закон регулирования, полагая
,
получим ПИ-закон и т.д.
В
качестве примера рассмотрим устройство
и принцип работы регулирующего устройства
(РУ) непрерывного действия типа РБА
(рис. 4.2). РУ содержит: а) резисторные
преобразователи ток – напряжение П1,
П2; б) сумматоры
;
в) масштабирующий преобразователь с
коэффициентом
;
г) двухвходовый дифференциатор Д,
обеспечивающий демпфирование по входу
совместно с сумматором
и дифференцирование по входу
сигнала рассогласования ,
либо регулируемого параметра
в зависимости от положения коммутирующего
элемента КЭ (перемычки); д) интегратор
И, формирующий интегральную составляющую
в законе регулирования с постоянной
времени
;
е) однополярные нуль-органы с
дифференциальными входами для ограничения
выходного сигнала
;
ж) апериодическое звено АЗ для обеспечения
устойчивой работы ограничителя во всем
диапазоне уставок по нижнему
и верхнему
уровням ограничения; з) нелинейное звено
НЗ для исключения работы интегратора
в режиме насыщения; и) кондуктивный
разделитель КР для гальванической
развязки входных и выходных цепей РУ и
преобразования сигнала
в двуполярный сигнал по напряжению
и однополярный сигнал
.
В
сумматоре
суммируются входные сигналы регулируемого
параметра в виде напряжений (0–10) В по
входам
или токов (0–5), (0–20), (4–20) мА по входу
.
В сумматоре
суммируются входные сигналы заданного
значения регулируемого параметра в
виде напряжений (0–10) В по входам
или токов 0–5, 0–20; (4–20) мА по входу
.
Сумматоры
,
дифференциатор и интегратор образуют
узел выделения сигнала рассогласования,
его демпфирования и динамического
ПИД-преобразования.
Работу РУ можно описать уравнениями:
,
(4.2)
ПД
– сигнал формируемый на выходе
в виде напряжения
,
определяется следующим выражением (в
зависимости от установки перемычки в
КЭ):
а)
,
(4.3)
если
на вход
дифференциатора подается через КЭ
сигнал ;
б)
, (4.4)
если
на вход
подается сигнал
регулируемого параметра, где
,
– постоянные времени дифференцирования
и демпфирования.
ПИД-сигнал,
формируемый на выходе
в виде напряжения
,
в зависимости от положения перемычки
в КЭ определяется выражениями:
а)
,
(4.5)
б)
,
(4.6)
где
– коэффициент пропорциональности
регулятора, устанавливаемый сумматором
.
Из
уравнений (4.5), (4.6), полагая либо
,
либо
,
либо одновременно исключая интегральную
и дифференциальные составляющие, можно
получить соответственно ПИ, ПД, П-законы
регулирования. При наличии демпфирования,
например, ПИ закон регулирования будет
иметь вид:
.
(4.7)
Узел
ограничения верхнего и нижнего значений
выходного сигнала регулятора состоит
из нуль-органов НО1, НО2, сумматора
апериодического звена А3 и сумматора
,
выходной сигнал которого изменяется
по линейному закону в зависимости от
сигнала
в зоне ограничения, определяемой порогами
и
,
устанавливаемыми при настройке
регулятора. При
сигнал на выходе сумматора
не изменяется и остается равным либо
при
,
либо
при
.
Апериодическое звено в узле ограничения
обеспечивает плавное изменение сигнала
при изменении ограничений в процессе
работы регулятора.
Регулирующий блок РБА конструктивно изготавливается в двух модификациях – приборный РБА-П и шкафной РБА-Ш.
Диапазоны
изменения параметров:
с;
с;
с; уровней верхнего и нижнего ограничений
0–100 %.
РУ типа РБА предназначено для работы с пропорциональными исполнительными механизмами и датчиками с унифицированными выходными сигналами, а также совместно с блоками оперативного (ручного) управления и задатчиками агрегатного комплекса электрических средств регулирования АКЭСР, либо приборной системы КАСКАД.
В
автоматизированных электроприводах
широкое применение получили аналоговые
регуляторы напряжения типа РН-2АИ и тока
типа РТ-1АИ, входящие в состав системы
УБСР-АИ, построенной на аналоговых
интегральных схемах. Например, регулятор
тока РТ-1АИ (рис. 4.3) содержит сумматор
входных сигналов
с ограничением уровня на выходе,
динамические П и ПИ преобразователи
сигнала рассогласования, фильтры входных
сигналов Ф1-Ф3 от датчиков, ключи
,
управляемые преобразователем уровня
ПУ (логическая схема на элементах НЕ)
по командам технологических датчиков.
Замыкание любого ключа формирует нулевой
сигнал на выходе элемента, к которому
подсоединен данный ключ. Это позволяет
обеспечить быстродействующую защиту
в электроприводе.
Для регулирования тока обычно используются ПИ-закон, а П-регулирование применяется при необходимости управления напряжением силового тиристорного преобразователя по замкнутой схеме.
ПИ-преобразователь в регуляторе РТ-1АИ выполнен на операционном усилителе DA1 (рис. 4.4).
Выходной сигнал равен:
,
(4.8)
где
;
.
Рис. 4.4. Принципиальная схема
ПИ-преобразователя на операционном
усилителе