книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

сравнения УСЭППА включают с отрицательной обрат­ ной связью (рис. 10-12); при этом элементы сравнения реализуют аналоговые операции алгебраического сумми­ рования, повторения, удвоения и т. п.

Рис. 10-12. Схемы включения элемента сравнения

Элементы сравнения УСЭППА обладают достаточно

372

ho его типовой статической характеристике. Зона про­ порциональности в характеристике обычно не превыша­ ет 3 ммрт.ст.; ширина зоны гистерезиса по входному сигналу составляет менее 4 мм рт. ст. (около 0,5% Диа­ пазона). Время срабатывания элемента составляет при­ мерно 0,1 сек.

логических функций. Этот элемент не используется в обычных пнев­

роль пневмоконтактов, причем когда один контакт замкнут, другой разомкнут.

Командные давления, имеющие одно из двух дискретных зна­ чений 0 или 1, поступают в камеры реле. Суммарное усилие, дейст­ вуя по оси штока, перемещает мембранный блок в одно из двух крайних состояний. Определенность выходного сигнала при нулевом командном сигнале достигается или введением в одну из глухих камер (Б или В) постоянного давления (подпора), или с помощью специальной пружины (в одной из модификаций реле).

Некоторые возможные варианты включения пневмореле, реали­

всех этих схемах включения используется эффект положительной об­ ратной связи, обеспечивающий четкое срабатывание, при этом эле­ мент имеет характерную для реле характеристику с петлей гистере­ зиса (рис. 10-15).-

Статические свойства пневмореле характеризуются следующими данными: зона статизма 0,04—0,08 кгс/см2, зона гистерезиса 0,25— 0,4 кгс/см2.

Динамические свойства элемента оцениваются следующими по­ казателями: граничная частота (максимальная частота управляюще­ го сигнала, при которой амплитуда выходного сигнала пневмореле

373

почти равна давлению питания) лежит в диапазоне от 10 до 15 гц\ быстродействие при наборе и сбросе (время от момента подачи управляющего сигнала до момента срабатывания) составляет при­ мерно 0,1 сек.

V Y

10-3. П Р О П О Р Ц И О Н А Л Ь Н Ы Й РЕГУЛЯТОР ПР2.5

Пневматическое регулирующее устройство типа ПР2.5, входящее в систему «Старт», построено из элементов УСЭППА и предназначено для реализации П-закона ре­ гулирования

•^вых ~ ~^~-^вх>

где хВ ых—изменение давления Рвых на выходе регуля-

374

тора, отсчитанного от некоторого давления Р 0 (условно­ го нуля), т. е.

где Рвх — давление сжатого воздуха, пропорциональное величине регулируемого параметра; Р 3 — давление, со-

1

Рис. 10-16. Пропорциональный регулятор ПР2.5.

ответствующее заданному значению регулируемого па­ раметра.

Регулятор (рис. 10-16) состоит из следующих элемен­ тов: элементы сравнения 1 и 4, дроссельный сумматор 8, задатчик 3, усилитель 5, отключающее реле 6 и постоян­ ные дроссели 2 и 7.

Действие регулятора основано на принципе компен­ сации сил. Входные сигналы Р в х и Р 3 поступают в каме­ ры Б и В элемента сравнения /, включенного по схеме сумматора с отрицательной обратной связью через ка­ меру Г. В камеру А того же элемента / поступает сиг­ нал от ручного задатчика 3, смонтированного непосред­ ственно в регуляторе. Этот задатчик используется для формирования и настройки среднего значения (услов­ ного нуля) Р 0 выходного сигнала прибора.

При такой схеме включения (см. рис. 10-12) на вы­ ходе элемента сравнения / формируется давление Pi,

375

равное алгебраической сумме входных сигналов:

причем это сложение происходит с соответствующими весовыми коэффициентами k\ и k2, настраиваемыми пе­

поступает в камеру Г элемента сравнения 4, включен­ ного по схеме Нуль-органа (усилителя с большим коэф­ фициентом усиления) и охваченного «исчезающей» об­ ратной связью (комбинация жесткой отрицательной связи через камеру Б с запаздывающей положительной

При такой схеме включения элемента сравнения 4 равновесное, установившееся значение его выходного сигнала Р 3 (а следовательно, и выходного сигнала Рвых всего регулятора) достигается лишь в том случае, если давление Р 2 на выходе сумматора 8, поступающее в ка­ меру Г элемента.4, будет равно давлению «условного нуля» Р 0 , поступающему от задатчика 3. Действительно

элемента 4 возможно только в том случае, если усилия, развиваемые давлениями в камерах А и Г, компенсиру­ ют друг друга, что соответствует условию Р 0 — Р 2 .

Рассмотрим принцип действия регулятора типа ПР2.5 в целом. Пусть в исходном равновесном состоянии ошиб­ ка регулирования отсутствует, т. е.

(параметр равен заданному значению). На выходе эле­ мента / в соответствии с уравнением (10-10) установит­ ся давление, равное условному нулю и настроенное задатчиком 3:

РЇ = РІ-Р°ю + Ро=*Р0.

Как было показано ранее, в равновесном состоянии давление Р 2 также равно Ро; при этом отсутствует пе-

376

репад давлений на переменном дросселе ДД суммато­ ра 8, через этот дроссель нет расхода воздуха, а значит нет расхода и перепада давлений на постоянном дрос­

в камеру Г элемента 4. Даже небольшое изменение это­

ние давления Рвых передается на выход регулятора. Это приведет к тому, что на постоянном дросселе суммато­ ра 8, к которому поступает сигнал РВ ых, возникнет пе­

циональным изменением выходного давления, отсчитан­ ным от некоторого среднего значения условного нуля Р 0 , и можно считать, что в первом приближении в данном регуляторе реализуется алгоритм пропорционального за­ кона регулирования.

Однако детальное рассмотрение принципиальной и структурной схем регулятора с учетом динамических ха­ рактеристик отдельных его элементов показывает, что

377

Характерной особенностью регулятора ПР2.5 являет­ ся наличие в нем усилителя с большим коэффициентом усиления (элемент 4), охваченного инерционной отрица­ тельной связью через дроссельный сумматор 8 и каме­ ру Г элемента 4. Известно, что при наличии даже не­ большой дополнительной инерционности в усилителе или неоднозначности его статическойхарактеристики (что почти всегда свойственно пневматическим элементам

W

;

Г2р+ 1

Т,р + 1

Рис. 10-17. Структурная схема регулятора ПР2.5.

сравнения) подобные структуры склонны к возникнове­ нию автоколебаний. Для их подавления в регулятор ПР2.5 введены две указанные выше дополнительные об­ ратные связи с выхода регулятора на вход элемента 4: отрицательная (через камеру Б) и инерционная положи­ тельная (через дроссель 7 и камеру В). В статике при установившемся сигнале РВых действие этих связей вза­ имно компенсируется, но в динамике они приводят к от­ клонениям движения регулятора от уравнения (10-9).

Структурная схема регулятора ПР2.5, отражающая динамические взаимосвязи между его отдельными эле­ ментами, приведена на рис. 10-17.

Передаточная функция линейной модели регулятора, соответствующая рис. 10-17, имеет вид:

Wp(p) = ±

378

где (см. рис. 10-16) Г] — постоянная времени дроссель­ ного сумматора 8; Т2—постоянная времени инерцион­ ной положительной обратной связи (дроссель 7 — каме ­ ра В элемента 4); б —параметр настройки регулятора, связанный с коэффициентами k\ и k2 сумматора 8 соот­ ношением

П-регулятора, а передаточная функция балластного зве­ на, отражающая влияние «паразитных инерционностей» на динамику регулятора,

= 0,3 сек; 7, 2 =0,08 сек.

Наличие балластного звена с передаточной функци­ ей (10-16) приводит к ограничению области нормальной

параметра настройки данного регулятора [см. (10-14)]. Кривая 3 ограничивает ОНР по частоте входного сигна­

Впределах заштрихованной на рис. 10-18 области настроек и частот регулятор ПР2.5 достаточно точно ре­ ализует стандартный П-закон регулирования.

Врегуляторе типа ПР2.5 (см. рис. 10-16) предусмот­ рено отключающее реле 6, с помощью которого произ* водится отключение регулятора и переход на дистанционное управление. При подаче управляющего сигнала

379

Р у в камеру К линия передачи командного сигнала к ис­ полнительному механизму отсекается -от регулятора и подсоединяется к задатчику дистанционного управления.

ней стенке вторичного прибора, или в коммутационную колодку, смонтированную вблизи регулируемого объекта.

Технические данные регулятора приведены в табл. 10-1.

10-4. ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПР3.21

Один из основных приборов системы «Старт» — регуля­ тор типа ПР3.21 предназначен для реализации ПИ-зако- на регулирования

порциональности или диапазон дросселирования); ТІ— постоянная интегрирования (второй параметр настрой­ ки); Хвых — выходной сигнал регулирующего устройст­ ва (изменение давления сжатого воздуха на выходном штуцере прибора).

380