книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

ционально-интегралыюго закона регулирования. Он состоит из двухкаскадного электронного усилителя на лампах Л\ и Л 2 , вы­ ходных электромагнитных реле Р\ и Р2 и устройства упругой (гиб­

связи.

Питание обоих триодов лампы Л\ осуществляется от вторичных обмоток IV и V силового трансформатора Гр-1. Часть напряжения

Рис. 59. Принципиальная электрическая схема электронного ПИ-регулн- рующего устройства

с обмотки III этого трансформатора добавляется к напряжению питания триодов, а другая часть используется для создания се­ точного смещения.

Сеточное смещение содержит постоянную слагающую, поляр­ ность которой такова, что на сетку подается «плюс» по отношению к катоду, и небольшую переменную слагающую, фаза которой та­ кова, что в проводящие полупериоды лампы на сетки также посту­ пает «плюс». Назначение переменной слагающей — устранить по­ явление сеточных токов в нерабочие полупериоды (в эти полупе­ риоды на сетки подается «минус»). Общее напряжение между катодами и сетками триодов складывается из рассмотренного на­

напряжение равно нулю при отсутствии входного сигнала, ф а з о -

тельно питающего напряжения на 90°, и четные гармоники пере­ менной составляющей.

Усиленное первым каскадом напряжение подается на вход второго каскада, являющегося усилителем мощности и выполнен­ ного по схеме баланса токов. Два триода лампы Л2 включены по­ следовательно и питаются напряжением постоянного тока от вы­ прямителей В4 и Bz. При разбалансе каскада изменяется потен­

всегда противоположен полярности напряжения, поступающего на каскад входного сигнала. Таким образом, осуществляется отрица­ тельная обратная связь, которая вызывает уменьшение крутизны каскада и увеличение зоны нечувствительности регулирующего прибора.

Нагрузкой каскада усиления мощности служат два электро­ магнитных реле, шунтированных фильтрующим конденсатором С9. Выбор того реле, которое должно сработать в зависимости от на­ правления тока в нагрузке, обеспечивается включением последо­ вательно с обмотками реле выпрямителей В2 и Вг, один из кото­ рых пропускает ток одного направления, другой — противополож­ ного. Каждое реле имеет по одной паре нормально разомкнутых контактов, которые управляют включением напряжения постоян­ ного тока, подаваемого на устройство упругой обратной связи и на обмотки реверсивного магнитңого пускателя, включающего ис­

появляется напряжение постоянного тока. Доля этого напряжения, определяемая положением ползуна потенциометра Rn, вызывает заряд емкости С3. В момент, когда воздействие обратной связи при­ ведет каскад усиления напряжения к балансу, контакты реле разомкнутся и конденсатор С3 начнет разряжаться через резисторы

Rg И Rr.

Известно, что ток, протекающий через емкости, пропорциона­ лен производной от напряжения на емкости. Следовательно, паде­ ние напряжения на резисторе R7, включенном последова­ тельно с емкостью С3, также пропорционально производной от напряжения на емкости. В результате возникает эффект введения производной в цепь обратной связи и тем больше, чем больше сопротивление резистора R7.

178

Изменяя размер резистора R 7, можно изменять размер воздействия по производной, практически не влияя на скорость об­ ратной связи, настраиваемой потенциометром Ru, и время изо­ дрома, настраиваемое сменным резистором R g .

Введение производной оказывает одновременно стабилизирую­ щее влияние на устойчивость замкнутого контура усилитель — реле — обратная связь, препятствуя возникновению в этом контуре автоколебаний (переброски).

В комплект регулятора, кроме регулирующего прибора, входят также задатчик для изменения заданного значения регулируемой величины; переключатель управления для перевода с автоматиче­ ского управления на дистанционное и наоборот; ключ управления для дистанционного управления пусковым устройством при поло­ жении переключателя управления в положении «дистанционное управление»; указатель положения для дистанционного наблюде­ ния за 'положением выходного вала электрического исполнитель­ ного механизма.

ГЛАВА 9. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Требования к системам автоматического регулирования. Основ­ ным требованием, предъявляемым к системам автоматического регулирования, является их устойчивость, т. е. способность прихо­ дить в установившееся (равновесное) состояние после устранения возмущающего воздействия.

Для устойчивых систем характерны следующие показатели ка­ чества регулирования:

/ а) максимальное динамическое отклонение регулируемой ве­ личины от заданного значения, или динамический коэффициент регулирования;

б) перерегулирование; в) ' время регулирования;

г) остаточное отклонение регулируемой величины от заданного значения;

д) обобщенная' (интегральная) оценка качества переходного процесса регулирования.

Эти показатели должны соответствовать определенным требо­ ваниям.

Устойчивость системы автоматического регулирования. Разли­ чают системы автоматического регулирования устойчивые, неустой­ чивые и нейтральные, которые могут быть охарактеризованы ви­ дом переходных процессов.

На рис. 60 приведены виды устойчивых и неустойчивых пере­ ходных процессов в системах, не обладающих запаздыванием. Возмущающее воздействие наносилось в точке ть

На рис. 60, а показано, что система плавно переходит из од­ ного установившегося состояния с параметром %сті в другое установившееся состояние, которому отвечает значение пара­ метра хУст2- В переходном режиме переходная погрешность хпер (т)

стремится к нулю, что видно по уменьшению ординат хПер, нане­ сенных в виде штриховки на рис. 60, а. Система регулирования, об­ ладающая подобными переходными процессами, является устой­ чивой.

На рис. 60, б показано, что система, выйдя из одного устано­ вившегося состояния, не переходит в другое. Переходный процесс

щиеся колебательные движения около усредненного значения регулируемого параметра хуст2. Переходная погрешность хпер (т) периодически изменяет знак и непрерывно возрастает. При на­ личии расходящегося колебательного процесса система автома-

180

тического регулирования неустойчива. Это может быть следствием

Рис. 61. Графики оптимальных переходных процессов при автоматическом регулировании регуляторами непрерывного действия в результате ступенча­ того возмущающего воздействия:

нем регулирования; д — затухающий колебательный с минимальной квадратичной пло­

матическом регулировании; 3 — отклонение регулируемой величины в статическом объекте

нии регуляторами непрерывного действия. Во всех случаях нано­ силось единичное возмущающее воздействие, как наиболее тяже­ лая для устранения форма возмущения.

181

Размер максимального динамического отклонения А х пара­ метра от задания непосредственно после возмущения зависит от динамических свойств объекта, размера возмущения, принятого закона регулирования и параметров настройки регулятора. Если при статическом объекте взять отношение размеров отклонений

клонению Аоо, получим степень воздействия регулятора Яд.с., на­

Для систем автоматического регулирования с астатическими объектами динамический коэффициент регулирования Кя.с. выра­ жается через отношение Тз/Т’а, поскольку для этих объектов поня­

Тл

где Тз — время запаздывания; Та — время разгона астатического объекта.

Степень затухания колебательного переходного процесса ха­

182

Чем больше перерегулирование и число колебаний, тем про­ должительнее переходный процесс, но меньше динамический коэф­ фициент регулирования.

Продолжительность переходного процесса определяется вре­ менем регулирования тр с момента нанесения возмущающего воз­ действия до момента восстановления равновесия в системе. Прак­ тически считают, что равновесие в системе наступает в тот мо­ мент, с которого отклонение регулируемой величины от заданного значения становится и остается меньше размера зоны нечувстви­ тельности регулятора. Время регулирования должно быть мини­ мальным. Встречаются объекты с часто возникающими возмуще­

Для колебательных процессов пользуются так называемой квадратичной интегральной оценкой качества переходного про­ цесса:

На рис. 62 приведен график автоколебательного процесса регулирования релейным (двухпозиционным) регулятором.

183

Показателями такого процесса являются размеры амплитуды Ла, периода автоколебаний Гак, установившегося отклонения <р0 от сред­ него значения регулируемой величины от заданного значения ( ф 0Ст может изменяться при отклонениях нагрузки от нормы). Л а и ф 0Ст тем меньше, чем меньше отношение т3/Т статического объекта или тз/Та астатического объекта.

Выбор автоматических регуляторов. Выбор закона регулирова­ ния осуществляется на основании исследования статических и ди­ намических характеристик объекта регулирования и регулятора, т. е. свойств системы регулирования. Это исследование может быть проведено различными методами: аналитическим, математи­ ческим моделированием на электронной или пневматической аналоговой, или цифровой вычислительной машине, или экспери­ ментальным методом.

Рассмотрим выбор типа регулятора для статического объекта. Прежде всего необходимо определить характер действия регу­

регулятор импульсного действия.

Затем выбирается тип регулятора. Например, для выбора ре­ гулятора непрерывного действия для работы на статическом объ­ екте необходимо: иметь динамические характеристики объекта тз, Т, Коб', знать максимальную величину возмущений ц по нагрузке, выраженную в процентах хода регулирующего органа; знать за­ данные показатели качества регулирования Ль А2, ф о с т и тР.

Затем вычисляют /Сд.с. и, задаваясь типом оптимального пере­ ходного процесса, по одному из графиков, приведенных на рис. 63, находят необходимый тип регулятора.

184

После этого производится проверка выбранного типа регуля­ тора на соответствие фактического времени регулирования и оста­ точного отклонения от заданных значений.

Настройка автоматических регуляторов. Правильность на­ стройки регуляторов — важный фактор, определяющий качество переходных процессов. Существуют разнообразные методы опре­ деления параметров настройки. Следует отметить, что очень часто результаты расчетов параметров настройки для одной и той же системы по разным методам не совпадают. Однако это не служит препятствием для применения этих методов, так как по существу методы являются приближенными. Важно определить по любому методу исходные параметры настройки, которые уже можно будет скорректировать непосредственно по процессу регулирования.

Рис. 64. Графики для выбора настройки ПИ-регулятора:

а — при апериодическом переходном процессе; б — при переходном процессе с 20%-ным перерегулированием; в — при переходном процессе с F MHH

Корректировка обычно бывает небольшой, а иногда и вовсе не требуется.

Настройку ПИ-регуляторов можно, например, осуществить на основании данных графиков, приведенных на рис. 64, где /Ср — коэффициент усиления; Тп— время изодрома.

Понятие о методах расчета систем автоматического регулиро­ вания. Расчет системы автоматического регулирования произво­ дится для исследования динамических и статических характерис­ тик с целью придания системе свойств, обеспечивающих оптималь­ ное качество переходных процессов.

Для успешного решения этой задачи необходимо иметь ясное представление о физической основе технологических процессов, взаимосвязи параметров через процесс, энергетическом и матери­ альном балансах процессов и т. д.

Условные изображения приборов на функциональных схемах автоматизации. На функциональных схемах автоматизации упро­ щенно изображают автоматизируемые объекты вместе с коммуни­ кациями, на которых условными изображениями показывают

185

приемные устройства, линии связи, измерительные приборы, регуля­ торы, исполнительные механизмы, регулирующие органы и дру­ гие устройства автоматизации.

На рис. 65 показаны условные изображения различных при­ емных устройств (первичных преобразователей).

На рис. 66 представлены условные изображения измеритель­ ных, регулирующих и сигнализирующих приборов и дистанцион­ ных передач.

Измерительный прибор изображают в виде круга или эллипса с горизонтальной чертой посередине, регулирующий прибор —

Рис. 66. Условные изображения:

в виде квадрата или прямоугольника также с горизонтальной чертой посередине, измерительный и в то же время регулирующий

186