Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 10

Градуировка регулирующего прибора Р25.1

Цель работы:

1) изучить принципы работы импульсного ПИ-регулятора;

2) изучить принцип действия прибора Р25.1;

3) изучить подключение прибора;

4) отградуировать органы настройки прибора.

1. Структурная схема импульсного пи-регулятора

Совокупность технических средств, состоящая из регулирующего устройства с импульсным выходным сигналом и исполнительным механизмом (ИМ) интегрирующего типа с соответствующим пусковым устройством образует электрический регулятор, который в пульсирующем режиме позволяет формировать в первом приближениизакон ПИ-регулирования.

Регулирующее устройство с импульсным выходным сигналом выполняет функции релейного усиления в прямом канале, содержащем релейный элемент, и формирование динамических свойств регулятора с помощью контура функциональной обратной связи.

Будем считать, что исполнительная часть регулятора, включающая пусковое устройство и ИМ, выполняют вместе функции усиления и интегрирования выходного сигнала регулирующего устройства. В результате динамические свойства исполнительной части электрического регулятора можно в линеаризованном виде характеризовать следующей передаточной функцией интегрирующего звена:

W_ИМ(р) = 1 / Т_ИМ р.

Поэтому структурную схему регулятора вместе с исполнительной частью можно представить так, как на рис. 1.

Обобщённая структурная схема регулирующего устройства содержит трёхпозиционный релейный элемент, охваченный частотнозависимой отрицательной обратной связью с передаточной функцией W_о.с(р), и входное звено с передаточной функциейW_вх.(р).

Трёхпозиционный релейный элемент характеризуется коммутируемым выходным напряжениемz, зоной нечувствительности_н, зоной возврата_в и порогом отпускания_отп = _н / 2 – _в.

Релейный элемент срабатывает только при таких уровнях входного сигнала σ, при которых имеет место неравенство

   =   –   =  (х_п - х_з ) -  > _н / 2 ,

где  = х_п – х_з– рассогласование;

х_пих_з– соответственно текущее и заданное значения параметра регулирования.

Релейный элемент выключается тогда, когда сигнал  достигнет значения

 = _н / 2  _в = _отп..

В регулирующем устройстве с импульсным выходным сигналом настроечными параметрами являются коэффициент передачи k_р, постоянная времени интегрированияТ_и(или изодромаТ_из) и дополнительно зона нечувствительности и зона возврата трёхпозиционного релейного элемента. Как будет показано ниже, от величины зоны возврата существенным образом зависит минимальная длительность включения ИМ. При работе регулирующего устройства в пульсирующем режиме сигналσ перед релейным элементом пульсирует в пределах зоны возврата. Выбор слишком малой зоны возврата и продолжительности включения ИМ приводит к повышенному износу последнего.

В регулирующем устройстве с релейно-импульсным выходным сигналом, реализующем закон ПИ-регулирования, входное устройство представляет собой измеритель рассогласования ε, а обратная связь реализована в виде апериодического звена с передаточной функцией

обычно это RC-цепь с переключаемыми постоянными времениТ при зарядеТ_зи разрядеТ_р.

Рассмотрим работу регулятора вразомкнутойАСР. При поступлении на вход регулятора постоянного сигнала рассогласования ε₀   _н / 2релейный элемент срабатывает и включает ИМ, который начинает вращаться с постоянной скоростью, перемещая регулирующий орган в сторону уменьшения рассогласования. Одновременно сигналzили его часть z_нподаётся на устройство обратной связи. Так как устройство обратной связи является апериодическим звеном, при поступлении на его вход постоянного напряженияU_вх=z_нна его выходе появится выходное напряжениеζ возрастающее по экспоненте 1 (рис. 2). Это напряжениеζнаправлено встречно напряжению входного сигнала ε₀, вследствие чего результирующее напряжениеσ = ε₀ – ζ, поступающее на вход релейного элемента, начнёт уменьшаться.

При уменьшении σдо значенияσ = ε₀ – ζ = _отпрелейный элемент выключится (момент времениt₁), сигналz_нна входе пускового устройства ИМ станет равным нулю, ИМ остановится. Напряжение на входе канала обратной связи также станет равным нулю. С этого момента напряжение на выходе канала обратной связи ζстанет уменьшаться по экспоненте 2, напряжениеσстанет возрастать, и приσ  _н / 2(момент времениt₂) релейный элемент вновь сработает, ИМ включится, и на вход канала обратной связи поступит сигналz_н. Напряжениеζна выходе канала обратной связи вновь станет возрастать по экспоненте, повторяющей ход экспоненты 1. Далее процессы включения и выключения (автоколебательный режим) будут повторяться. График перемещения выходного элемента ИМ(t)имеет вид ломаной линии 3, которая может быть приближённо заменена прямой 4.

Сравнивая линеаризованный закон изменения (t)(прямая 4) с идеальным законом ПИ-регулирования, можно утверждать, что релейно-импульсный ПИ-регулятор с ИМ постоянной скорости со структурой, показанной на рис.1,приближённореализует закон ПИ-регулирования. Пропорциональная составляющая закона ПИ-регулирования приближённо реализуется при измененииεза счёт начального быстрого перемещения в течение времениt_в(время первого включения), а интегральная – за счёт последующего автоколебательного режима работы релейного элемента, охваченного отрицательной обратной связью.

Для обеспечения независимой настройки продолжительности импульсов t_ии паузt_пс помощью специального автоматического переключателя в цепи обратной связи можно переключать постоянные времени при зарядеТ_зи разрядеТ_р.