ТСА

сложном регистрирующем приборе, уровень сложности которого соизмерим со сложностью регулятора и тем самым снижается работа всей системы.

Аппаратный способ ввода входного сигнала.

Данная конструкция более надежная, чем предыдущая.

Д1 — высокоточный датчик, отвечающий требованиям измерения, соединенный с регистрирующим прибором РП.

Д2 служит для подачи сигнала ХД2 в регулятор. Датчик Д2 — более дешевый, так как требования к точности системы регулирования не такие высокие, как к системе контроля, а это

значит, что можно применить более дешевые и более надежные конструкции. Универсальность стыковки учитывается использованием разнличных ИБ.

Агрегатный способ ввода входного сигнала.

Построение системы регулирования основано на том же принципе, что и аппаратный способ ввода входного сигнала, но все построения происходят на блоках.

Требования, предъявляемые к универсальным регуляторам:

1.Универсальные регуляторы должны допускать подключение к ним различных датчиков. Выполнение достигается за счет применения унифицированных сигналов.

2.Универсальные регуляторы должны позволять осуществлять ввод заданного параметра автоматического регулятора в широком диапазоне.

3.Универсальные регуляторы должны позволять получить любой стандартный закон регулирования. При этом к ним предъявляются такие требования:

-точность воспроизведения закона регулирования

-возможность изменять параметры регулятора в широком диапазоне

4.В универсальных регуляторах должна развиваться необходимая мощность для перемещения регулирующих органов. Это достигается включением в состав технических средств автоматизации промежуточных усилителей.

5.Технические средства автоматизации должны позволять строить систему регулирования с размещением ее элементов на различном расстоянии друг от друга так, чтобы удовлетворить интересам заказчика.

Исполнительные механизмы и датчики располагаются на объекте регулирования. Регуляторы — на щите регулирования. Органы оперативного управления, задатчики, указатели положения располагаются на щите оператора. Возможность дистанционного

распределения легче всего осуществляется в электрических системах регулирования. Менее применимы пневматические. Практически невозможно осуществить это с помощью гидравлики.

6.Надежность. Основной причиной неисправности является неправильная эксплуатация. Конструктивные способы обеспечения надежности широко

11

применяются при разработке современных регуляторов (в особенности, электрических).

7.Большинство универсальных регуляторов нуждается в источниках дополнительной энергии. Они должны быть рассчитаны на стандартные виды энергии.

Работа системы регулирования, использующая информацию о сигнале отклонения (т.е. принцип регулирования по обратной связи) позволяет заметно понизить требования точности системы регулирования по сравнению с точностью системы контроля.

Диапазон действия задатчика — это та часть диапазона регулируемой переменной, в которой сигнал задатчика может компенсировать сигнал сигнал датчика.

x(t)=xзд-xд(t)

Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс характеризует чувствительность

задатчика. Измерительный блок.

Назначение измерительного блока — сформировать сигнал рассогласования, преобразовать его в нужную форму.

fp

x(t)Þy(t) .

Требования к формирующему блоку:

üФормирующий блок должен обеспечить формирование стандартных законов регулирования. Стандартные законы регулирования: нелинейные — 2х, 3х-позиционные и линейные — П, И, ПИ, ПД, ПИД.

üФормировать сигнал с заданой степенью точности.

üПозволять изменять настройки регулятора в широких пределах.

üВ формирующем блоке должны быть органы настройки для изменения параметров настойки в широком диапазоне, с линейной градуировочной характеристикой, с высокой точностью.

üВ формирующем блоке должны учитываться динамические характеристики.

üИспользование обратных связей.

üФормирующий блок должен учитывать искажения, возникающие в исполнительном механизме и исполнительном усилителе.

Градуировочная характеристика органа настройки — это зависимость в виде графика или таблицы между шкалой и физическим значением параметра настройки. Формирующий блок чаще всего является самой сложной частью регулятора.

Блок управления.

12

Назначение блока управления — переключение режимов работы системы регулирования (ручной/автоматический режим).

Требования:

üБлок управления не должен вносить никаких изменений в работу при автоматическом режиме работы.

üПереключения режимов работы объекта должны происходить безударно. Исполнительный усилитель.

Назначение исполнительного усилителя — усилить сигнал по мощности до уровня, достаточного для управления исполнительным механизмом, не исказив информацию. Усиление сигнала иногда сопровождается изменением формы носителя сигнала (электрический, пневматический, гидравлический).

Исполнительный механизм.

Назначение исполнительного механизма — превратить управляющий сигнал в перемещение регулирующего органа.

Требование к исполнительному механизму — не искажать сигнал.

Существует 3 типа усилителей: электрический, пневматический, гидравлический. Искажений не вносит только пневматический исполнительный механизм, так как только этот тип исполнительного механизма является пропорциональным звеном. Гидравлический исполнительный механизм является интегральным звеном. Электрический исполнительный механизм — нелинейное звено.

Чаще других используются электрические исполнительные механизмы — 95%, пневматические — 4%, гидравлические — 1%.

Законы регулирования.

В выражениях законов регулирования присутствуют переменные величины — х и у, а также постоянные — параметры регулирования

Стандартные нелинейные законы регулирования.

Нелинейные законы регулирования могут быть весьма разнообразными, но в стандартных регуляторах обычно применяют 2х и 3х-позиционные законы регулирования.

Общий вид записи 2-позиционного закона регулирования:

y= ìC1, x ³ 0 íîC2 , x < 0

Величина управляющего воздействия характеризуется С1 и С2.

Примеры устройств, работающих по 2-позиционному закону регулирования: холодильник, утюг, …. Недостаток данного закона — постоянные колебания выходной величины вокруг заданого значения.

13

ìC1, x < D1

Общий вид записи 3-позиционного закона регулирования: y = ïíC2 ,D1 £ x £ D2

ïîC2 , x > D2

Примеры 3-позиционных законов регулирования:

Стандартные линейные законы регулирования.

Общая запись стандартного линейного закона регулирования представляет собой Пропорционально-Интегрально-Дифференциальный закон регулирования:

Линейность заключается в том, что переменная х, ее производная и интеграл входят в уравнение закона только в первых степенях.

Частные случаи: П-, И-, ПИ-, ПД-закон.

Коэффициенты С1, С2, С3 показывают удельный вес каждой из составляющих.

Первая составляющая используется самостоятельно в том случае, когда необходима только устойчивость системы.

Вторая составляющая устраняет статическую ошибку, возникающую при использовании пропорционального регулятора, но при этом время переходных процессов увеличивается.

Третья составляющая предвосхищает изменение регулируемой переменной, т.е. учитывает изменение переменной во времени.

Меняя соотношения между С1, С2 и С3 можно придавать регулятору те или иные свойства.

Пропорциональный закон регулирования.

Исследуем систему:

рассмотрим начальный режим, когда хд=хзд, x(t)=0, Q1(t)=Q2(t). При увеличении Q2(t) возрастает Q1(t), так происходит до тех пор, пока Q1(t) и Q2(t) не станут равными.

Закон регулирования: y(t) = - ab × x(t) = -KP × x(t) . Далее будем предполагать, что объект управления охватывается отрицательной обратной связью, не указывая знак «-», то есть, y(t) = ba × x(t) = KP × x(t) .

14

Пропорциональный регулятор обеспечивает простой быстродействующий процесс регулирования системы, но дает статическую ошибку. Эту ошибку можно уменьшить за счет роста КР, но нельзя устранить окончательно, оставаясь в рамках пропорционального закона. На объектах с невысокими требованиями точности этого может быть достаточно, но повышение КР снижает запас устойчивости. Из этого следует, что расчет настроек регулятора основывается на компромиссе между точностью и устойчивостью. Пропорциональные регуляторы осуществляют довольно устойчивое регулирование.

[KP ] = % хода ИМ , [x] = [xд ] , [y] = % хода ИМ

Интегральный закон регулирования.

Интегральный закон регулирования характеризуется отсутствием статической ошибки С1=С3=0, С2≠0

На разных частотах усиление разное: при малых частотах усиление стремится к бесконечности, при высоких — к нулю.

Интегральный регулятор дает задержку на полпериода.

Пропорционально-интегральный закон регулирования.

15

Время интегрирования (удвоения) — это время, в течение которого интегральная составляющая изменит выходную величину y на столько, сколько изменила ее перед этим пропорциональная составляющая. Время удвоения служит мерой интенсивности интегральной части.

Пропорционально-интегральный закон регулирования — самый распространенный так как он объединяет в себе лучшие свойства пропорционального и интегрального законов, но иногда ПИ-закон бывает недостаточно быстрым.

Пропорционально-дифференциальный закон регулирования.

2.W ( p) = KP (1+TД p)

3.h(t) = KP ×1{t}+ KP ×TД ×δ (t) + y0

4.W ( jω ) = KP 1+TД2ω 2 ×e- j×arctgTДω

ТД численно выражает долю дифференциальной составляющей в законе регулирования. Дифференциальная составляющая интенсифицирует процесс, на статические возмущения действует с нулевой частотой.

Пропорционально-интегрально-диференциальный закон регулирования.

16

ì+ const, z > 0 y¢ = ïí0, z = 0

ïî- const, z < 0

Управление

исполнительным механизмом осущестляют импульсным методом (электрическими сигналами переменного тока). Таким образом электрический исполнительный механизм приближают к линейному (интегральному) звену, используя в качестве полезной информации скважность — отношение времени импульса к сумме

времен импульса и паузы: γ (t) = tимпульса .

tимпульса + tпаузы

Изменяя расстояние между импульсами, получаем

двигателя осуществляется за счет перемены подачи фаз.

Существуют два способа модуляции сигнала z(t). Оба эти способа приводят к изменению величины скважности и пригодны для управления исполнительным механизмом:

1.Широтно-импульсная модуляция (ШИМ). В этом случае фиксируется сумма tИ+tП, для изменения скважности изменяют tИ.

2.Время-импульсная модуляция (ВИМ). При этом способе задаются постоянной

длительностью импульса tИ, изменяя tП.

Мы можем управлять средней скоростью исполнительного механизма в пределах от 0 до y′MAX , причем y′MAX зависит только от конструкции исполнительного механизма.

Частоты, с которыми приходится работать при регулировании теплоэнергетических объектов находятся в пределах от 10-3 до 10-1 с-1.

18

Формирование стандартных законов регулирования.

Основное средство формирования законов регулирования — применение в формирующем блоке обратных связей (формирующих и корректирующих). При использовании формирующих обратных связей получается весь закон регулирования, корректирующую обратную связь используют для уменьшения влияния одного или несольких элементов регулятора, приводящих к неидеальности закона регулирования. Кроме обратных связей используются динамические свойства регуляторов. Иногда коррекцию используют для линеаризации нелинейных свойств релейных усилителей.

Часто в составе регуляторов используют релейный усилитель, свойства которого желательно приблизить к линейным. Это возможно при применении схемы, где обратная связь охватывает усилительные элементы.

При правильном подборе обратной связи хос должен быть близок к х, т.е. обратная связь должна быстрее компенсировать ошибку на протяжении длительного времени, тогда

Способы формирования пропорционального закона.

1 способ формирования пропорционального закона.

ыводы:

1. Схема реализует пропорциональный

закон регулирования.

2.Степень точности реализации зависит от величины К1.

3.Орган настройки КР расположен в формирующей обратной связи. Градуировочная характеристика — гиперболическая.

19

2 способ формирования пропорционально-интегрального закона.

Выводы:

1.Схема реализует пропорциональный закон регулирования.

2.Степень точности реализации зависит от величины КУС.

3.Орган настройки расположен в формирующем блоке (в модуле обратной связи). Градуировочная характеристика — нелинейная (приближена к обратно пропорциональной).

Способы формирования интегрального закона.

1 способ формирования интегрального закона.

Выводы:

1.Схема реализует интегральный закон регулирования.

2.Градуировочная характеристика органа настройки ТИ — линейная.

2 способ формирования пропорционально-интегрального закона.

Выводы:

3.Схема реализует интегральный закон регулирования.

4.Параметр настройки ТИ определяется свойствами исполнительного механизма — ТИМ и КУС, где и расположен орган настройки.

Формирование пропорционально-интегрального закона.

Пропорционально-интегральный закон регулирования — наиболее распространенный закон, который может удовлетворять практически всем требованиям регулирования.

1 способ формирования пропорционально-интегрального закона.

1.Данная структурная схема с большой точностью реализует пропорциональноинтегральный закон.

2.Органы настройки — КУС и Т1. Градуировочные характеристики органов настройки

— линейные.

20