книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы
.pdfводит к дополнительному перемещению выходного вала исполнительного механизма в том же направлении. Дей ствие астатической части регулятора (движение Д и движка R2) прекратится лишь после исчезновения сиг нала ошибки (движок реостата R0 в среднем положе нии) .
б) СТРУКТУРНАЯ СХЕМА И ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ
В табл. 5-2 приводятся передаточные функции отдельных элементов регулятора в соответствии со схемой рис. 5-1.
1_
Рис. 5-4. Структурная схема регулятора ИРМ-240.
Приведенные в табл. 5-2 передаточные функции от дельных звеньев регулятора являются в некоторой степе ни идеализацией действительных динамических характе ристик элементов. Так, оба электронных усилителя и ис полнительный механизм обладают также инерцией и зо нами насыщения, в исполнительном механизме, кроме того, имеют место люфт и трение. Астатическая часть ре гулятора обладает зоной нечувствительности. Импульс ный режим двигателя Д только при сравнительно мед ленном изменении сигнала позволяет заменить элемент схемы Д интегрирующим звеном.
В соответствии со структурной схемой рис. 5-1 и пе редаточными функциями (табл. 5-2), составим структур ную схему регулятора (рис. 5-4). Статическая характе ристика реле приведена ко входу в электронный усили-
т
тель и значение Тя= ——. Обведенная пунктиром часть схемы соответствует схеме релейного П-регулятора, рас чет которого рассмотрен в § 3-2. Рассмотрим особенности
202
Т а б л и ц а 5-2
ЗВЕНЬЯ РЕГУЛЯТОРА ИРІИ-240
-5 значения1
)ис. о ™
О а
Входная координата |
Выходная координата |
Вид звена, переда |
|
точная функция |
|||
|
|
ИС1 |
Отклонение |
движка |
Напряжение |
на вхо |
Усилительное звено |
|
|
реостатного |
датчика |
де |
в электронный |
|
|
|
ПО базового |
прибора |
усилитель |
статиче |
|
|
|
от положения |
равно |
ской |
части |
|
|
|
весия |
|
|
|
|
|
ЭУ1
РЭ
им
ИС2
Напряжение на вхо |
Напряжение |
на об |
|||
де лампы |
Л1 |
|
мотке реле |
|
|
Напряжение |
на об |
Положение |
контак |
||
мотке |
реле |
|
|
тов реле |
|
Положение |
контак |
Положение |
выход |
||
тов реле |
|
|
ного вала |
|
|
Положение |
выход |
Напряжение |
на |
||
ного |
вала |
исполни |
входе в ЭУ1 |
|
|
тельного |
механизма |
|
|
||
Усилительное звено
S i
Нелинейный эле мент
Интегрирующее зве но
1*
Т Р
и.м и
Усилительное звено
ИС4 |
Отклонение |
движка |
Напряжение |
на |
Усилительное |
звено |
||||
|
реостатного |
датчика |
входе |
в электронный |
|
|
||||
|
базового прибора |
от |
усилитель |
астатиче |
|
|
||||
|
положения |
|
равнове |
ской |
части |
(на входе |
|
|
||
|
сия |
|
|
|
ламп |
Л1Л) |
|
|
|
|
ЭУ2 |
Напряжение |
на вхо |
Напряжение |
на уп |
Усилительное |
звено |
||||
|
де в электронный равляющей обмотке |
|
|
|||||||
|
усилитель |
астатиче |
|
|
|
|
|
|
||
|
ской части |
(на входе |
|
|
|
|
|
|
||
|
лампы Л1Л) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
Напряжение на |
уп |
Положение |
выход |
Интегрирующее |
зве |
||||
|
равляющей |
обмотке |
ного |
вала |
двигателя |
но |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г Д 1 * |
|
ИСЗ |
Положение |
выход |
Напряжение |
на вхо |
Усилительное |
звено |
||||
|
ного вала |
Д |
|
|
де ЭУ1 |
|
|
но к3 |
|
|
* Применяемые в комплекте с регулятором ИРМ-240 исполнительные меха низмы имеют двигатели постоянной скорости. Однако, учитывая, что на входе исполнительного механизма сигнал может принимать только три значения (+1, О, —1) можно без учета выбега, разгона и люфта в редукторе исполнительный механизм приближенно считать интегрирующим звеном.
203
0,1 |
Кз |
|
|
0,08 |
|
|
к, х10 -г |
|
|
|
|
0,06 |
|
|
1,0 |
ОМ |
|
|
|
1,02 |
|
|
0,9 |
|
|
|
ОСс.н |
О |
20 |
1*0 60 |
00 100 |
Рис. 5-5. Градуировочные характери стики измерительной схемы регулято ра ИРМ-240.
сек |
f |
moo
і7000
то
woo
0 20 40 60 80 WO О 20 UO 60 80 100
Рис. 5-6. Градуировочные характе ристики регулятора ИРМ-240.
ka \
установки парамет ров настройки регу лятора в области нормальной работы. Для этого предпо ложим, что испол нительный меха низм регулятора ра ботает в скользя щем режиме и в та ком диапазоне час тот и амплитуд вход ного сигнала, что 7бал<»<СІ (обозначе ния в § 3-2). Тогда передаточная функ ция структурной схе мы, обведенной пун ктиром на рис. 5-4, равна 1/&з.
Передаточная фун кция регулятора в ОНР в соответствии со структурной схе мой на рис. 5-4 запи сывается в виде
Это выражение может быть преобра зовано к виду
hTRp
Запишем передаточную функцию регулятора в стан дартном виде:
w |
(p) = |
M i + |
1 |
(5-1) |
тКр |
||||
P |
|
|
|
204
Тогда |
коэффициент пропорциональности регулятора |
равен |
|
и время интегрирования выражается формулой
к.
Из принципиальной схемы на рис. 5-2 видно, что при по вороте движка R5 (СН) одновременно изменяются k\, k2, кг (обозначения см. в табл. 5-2). Градуировочные ха рактеристики регулятора приведены на рис. 5-5.
В |
соответствии |
с |
градуировочной |
характеристикой |
|||
в регуляторе &2 = |
&з, |
поэтому TK=kpTR. |
|
В |
регуляторе |
||
имеется ручка СН, изменяющая коэффициенты ku |
k2, k3 |
||||||
и ручка ВУ, изменяющая значение Тя. |
Поэтому значение |
||||||
kp устанавливается только ручкой СН, |
но |
Г и |
зависит от |
||||
положения обеих ручек: ВУ (изменение Тя) |
и СН |
(изме |
|||||
нение |
kp). |
|
|
|
|
|
|
Передаточную функцию регулятора удобней записать в виде
Воспользовавшись тем, что £ 2 = & з, запишем:
(5-2)
Такая форма записи передаточной функции ПИ-регу лятора отличается от обычно принятой (5-1), но каждый из параметров (б и Тд) в выражении (5-2) зависит толь ко от положения одной ручки. Градуировочные характе
ристики регулятора ИРМ-240 |
приведены на рис. 5-6. |
|||||
Значение b — k2lki |
(рис. 5—6) справедливо, если в регуля |
|||||
торе используется |
измерительный базовый прибор |
со |
||||
100%-ной |
зоной |
пропорциональности. |
Для |
прибора |
||
с 10%-ной |
зоной пропорциональности значения |
б, |
най |
|||
денные из графика, следует разделить |
на 10. |
|
|
|||
Для определения значения |
времени |
интегрирования, |
||||
Ти следует разделить значение |
ТК на величину б. |
|
|
|||
205
в) ОНР *
Приведенные передаточные функции справедливы толь ко для области нормальных режимов. Определим грани
цы этой области, т. е. допустимые амплитуды, |
диапазоны |
||||||
частот входного сигнала и параметры настройки |
регуля |
||||||
тора, в пределах |
которых |
справедлива |
формула (5-2). |
||||
Проанализируем |
основные |
факторы, |
определяющие |
||||
границы ОНР. |
|
|
|
|
|
|
|
1. Скользящий |
режим работы |
регулятора. |
Как следу |
||||
ет из § 3-2, в скользящем |
режиме с сравнительно |
неболь |
|||||
шими погрешностями |
допустимо считать |
регулятор ли |
|||||
нейным. |
|
|
|
|
|
|
|
Определим границу скользящего режима |
из |
условия |
|||||
(3-2). На границе справедлива формула линейного при ближения (3-23). Формула позволяет заменить релейный
усилитель линейным с коэффициентом |
усиления |
й р е л е = |
||||||||
= cQ/b, где |
6 — определяется |
зоной возврата реле; |
с — |
|||||||
величина |
сигнала |
перед |
исполнительным механизмом, |
|||||||
равная |
в |
нашем |
случае |
единице |
(см. |
примечание к |
||||
табл. 5-2); |
b — половина |
зоны |
нечувствительности |
реле. |
||||||
Амплитуда сигнала перед релейным усилителем в со |
||||||||||
ответствии с рис. 5-4 определяется |
из |
выражения |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Гд to |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 ~Ь ^реле |
Ти.м |
to |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
После преобразований и подстановки |
значения |
|
£Реле, |
|||||||
Tis.=k\TKlk<L |
и Гисо==С> найдем |
выражение |
для Л л |
в |
виде |
|||||
|
|
|
|
I / |
1 + |
^ |
|
|
|
|
Условие скользящего режима (3-2) при я = 2 запишем
в следующем |
виде: |
|
|
|
Ал |
< 2Ь (1 — m |
|
|
|
\ |
2 |
Исследование |
О Н Р регулятора |
ИРМ-240 проведено А. Я Сереб- |
|
рянскишским. |
|
|
|
206
После преобразований найдем:
б 2
|
|
* 2 9 2 |
< |
|
|
|
|
При Ak\>b в 5—6 |
раз |
можно |
пренебречь вычитае |
мым в числителе. Тогда получим: |
|
||
XV Q8 |
4-1 |
7-и.м < |
Г . |
Г 2 З |
Ь 5 |
10 20 30 50 |
100 200 |
Ш |
W00 2000 ШО |
сек |
Рис. 5-7. О Н Р |
регулятора ИРМ-240. |
|
|
|
||
Обычно |
в регуляторе |
Ти,м=40 |
сек; |
т=0,3; |
mi=0,7. |
|
Следовательно, в соответствии с графиком на рис. 3-10
6=0,8. Выберем в соответствии |
с ГОСТ 7191-69 А = 0 , 1 ; |
||||||||||
£2 = 3,7. Тогда уравнение границы ОНР |
запишется в ви |
||||||||||
де Ги/ftp^ 11. Эта граница нанесена на |
рис. |
5-7 |
(кри |
||||||||
вая / |
j . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
Импульсный |
режим |
работы |
астатической |
части |
||||||
регулятора. |
Чем больше число импульсов п |
укладыва |
|||||||||
ется на длине периода Т входного |
сигнала, |
тем |
точнее |
||||||||
астатическая |
часть |
регулятора |
может |
быть |
описана |
||||||
уравнением |
интегрирующего |
звена. |
|
щ |
|
|
|
Т, |
|||
Существует такое число |
импульсов |
за |
время |
||||||||
при котором |
частотные характеристики |
регулятора |
бу |
||||||||
дут удовлетворять требованиям, предъявляемым к ве личине отклонения частотных характеристик на границе ОНР. Если At — период повторения импульсов, то и = = T/At. Экспериментально установлено, что п0=8.
207
Период повторения импульсов в регуляторе изменя ется ручкой ВУ— время удвоения (см. рис. 5-2). Вели чина Л* связана с постоянной времени интегрирования регулятора соотношением
где h — коэффициент пропорциональности. Подставляя
в |
последнюю формулу |
значение |
At, выраженное |
через |
||||||||||
со, |
имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
2nk0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п = — |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
соЛГи |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассматривая полученное |
выражение |
при шГи = 3,7, |
|||||||||||
получаем |
выражение для границы |
ОНР в виде |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
=б< 2 п |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
kp |
|
3,7hn0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для регулятора ИРМ-240 значение |
/і = 0,021. |
Отсю |
|||||||||||
да |
уравнение границы ОНР записывается |
в виде |
выра |
|||||||||||
жения |
l/fep =6^10,2 (кривая |
/ / на рис. |
5-7). |
|
|
|||||||||
|
3. Диапазоны |
изменения |
параметров |
настройки |
регу |
|||||||||
лятора, |
определяемые |
крайними |
положениями |
приспо |
||||||||||
соблений |
|
для |
настройки |
ИРМ-240 |
в |
соответствии |
||||||||
с рис. 5-6, равны (рис. 5-7): |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
^д.макс =- Т И 0 |
^ |
= |
Ю ООО (крИВЭЯ / / / ) . |
|
|
||||||
|
|
|
|
Т Я . Н Т |
= Тя8нт |
|
==75 (кривая |
IV); |
|
|
||||
|
|
|
|
°макс = 1/£Р .мин = |
10,2 (кривая |
V); |
|
|
||||||
|
|
|
|
°мин = 1/^р.макс = 0,27 (кривая |
VI). |
|
|
|||||||
|
В области, |
заштрихованной |
на рис. 5-7, расчет на |
|||||||||||
стройки |
регулятора может |
быть |
осуществлен |
по фор |
||||||||||
мулам идеального ПИ-регулятора. Вне |
этой |
области |
||||||||||||
использование |
уравнений |
идеального регулятора |
может |
|||||||||||
привести к грубым ошибкам. Однако |
линейное |
урав |
||||||||||||
нение, с помощью которого можно было бы более |
точно |
|||||||||||||
аппроксимировать свойства |
регулятора |
вне ОНР, у ре |
||||||||||||
гулятора ИРМ-240 отсутствует. |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Область нормальной работы регулятора ИР-130 су |
|||||||||||||
щественно |
меньше ОНР ИРМ-240 |
и |
ИР-130М (ОНР |
|||||||||||
этих двух |
модификаций |
регуляторов |
совпадают). Ос |
|||||||||||
новные |
ограничения ОНР регулятора ИР-130 |
определя |
||||||||||||
ются |
выходом |
астатической |
части |
регулятора |
из сколь- |
|||||||||
208
зящего |
режима |
(кривая А на |
рис. 5-7) |
и |
крайними |
||||||
положениями приспособлений |
для настройки |
[кривая Б |
|||||||||
на |
рис. 5-7 |
имеет |
уравнение |
(б^и) макс = 2000]. Область |
|||||||
нормальной |
работы |
регулятора |
ИР-130 |
заштрихована |
|||||||
на |
рис. 5-7 двойной |
штриховкой. |
|
|
|
||||||
|
Определение границы ОНР регулятора было прове |
||||||||||
дено без учета ряда |
нелинейных особенностей регулято |
||||||||||
ра |
(зона нечувствительности, |
|
насыщение |
в |
астатиче |
||||||
ской части |
регулятора, |
люфты |
и |
выбеги |
двигателей |
||||||
регулятора, |
влияние |
балластного |
звена |
в скользящем |
|||||||
режиме |
в статической |
части |
регулятора). |
Определение |
|||||||
погрешностей расчета характеристик регулятора внутри
ОНР, а также расчет вне ОНР может быть выполнен |
|||||||||
с помощью выражения |
|
|
|
|
|
||||
|
Wp (А,/со) |
= |
- |
[kt |
+ W,CT |
(А, ш)] WCT |
(A, tco), |
|
|
где |
WacT(A,m) |
и |
WCT(А, |
го>) — частотные |
характеристи |
||||
ки |
астатической |
и |
статической |
частей |
регулятора. |
|
|||
|
Воспользовавшись |
обозначениями |
на рис. 5-1 |
и 5-4, |
|||||
преобразуем это выражение к |
виду |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
№аст.бал(Д Ш) X |
|
||
|
|
|
ХГ с т . б а л (Л,ісо), |
|
|
(5-3) |
|||
где |
№ а с т . б а л ( Л , |
ш)—частотные |
характеристики |
бал |
|||||
ластного звена астатической части, определяемые нели-
нейностями |
типа зоны нечувствительности, |
насыщения |
|
и концевых |
ограничителей; 1^0 т.бал(Л, |
ш) |
определяется |
релейным усилителем. |
|
|
|
Выражение (5-3) позволяет найти |
частотные харак |
||
теристики ИРМ-240 и вне ОНР при различных амплиту дах входного сигнала и параметрах настройки.
г) КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ИРМ-240 (изодромный регулятор малогабаритный) кон структивно состоит из корпуса и электронного блока, выполненного на выдвижном шасси.
На шасси электронного блока смонтированы все эле менты регулятора: трансформатор питания, узел авто матической и ручной перестановки, электромагнитное
реле, |
переменные сопротивления, |
конденсаторы, панель |
с постоянными сопротивлениями, |
емкости и электрон |
|
ные |
лампы. |
|
14—681 |
209 |
5-3. РЕГУЛЯТОРЫ БРМ-11 И БРМ-21
в) НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Регуляторы являются первыми серийно выпущенными в СССР элек трическими регуляторами общепромышленного назначения, которые осуществляют бесконтактное управление исполнительным меха низмом.
В регуляторе сигнал ошибки переменного тока, снимаемый с преобразователя базового прибора*, суммируется в измерительной
Г~ |
ЬР-11 |
~~1 |
Рис. 5-9. Функциональная схема регулятора БРМ .
части регулятора с сигналами задатчика и отрицательной обратной связи по положению. Полученное суммарное напряжение усиливает ся электронным и магнитным усилителями переменного тока и ис пользуется для управления однофазным асинхронным двигателем в регуляторе БРМ-11 и трехфазным двигателем в БРМ-21. Путем изменения схемы внешних соединений к регулятору могут быть под соединены два реостатных или два ферродинамических датчика для регулирования соотношения. Функциональная схема регуляторов приведена на рис. 5-9. В измерительной части ИЧ входной сигнал
-суммируется с сигналами задания и обратной связи по положению ОСП. Алгебраическая сумма поступает на два ламповых каскада усилителя напряжения (УН1 и УН2) и далее на ламповый усилитель
мощности УМ и магнитные усилители мощности МУ1 и МУ2.
* В схемах регулирования применяются реостатные преобразователи со 100 и 10%-ной зоной пропорциональности. 100%-ными называют ся такие преобразователи, в которых 100% изменения сопротивления соответствует 100% шкалы; 10%-ными — в которых 100% изменения сопротивления соответствует 10% шкалы.
14* |
211 |