Классификация регуляторов

Равновесное состояние – установившееся состояние системы автоматического регулирования, которое характеризуется тем, что регулируемая величина сохраняет постоянное значение, если возмущение отсутствует, и регулирующий орган не перемещается.

Заданное значение регулируемой величины – значение регулируемой величины, которое требуется поддерживать постоянным или изменять во времени по заданному закону.

Зона пропорциональности – диапазон изменения сигнала на входе какого-либо звена регулятора, вызывающего максимальное изменение выходного сигнала.

Диапазон регулирования – диапазон изменения заданного значения регулируемой величины, допускаемого регулятором.

Зона нечувствительности регулятора – сумма максимальных абсолютных значений положительного и отрицательного отклонений регулируемой величины, не вызывающих действия регулятора.

Задатчик – устройство, посредством которого настраивается автоматический регулятор на заданное значение регулируемой величины.

Позиционер, позиционное реле – усилитель с устройством жесткой обратной связи.

Исполнительный механизм, сервомотор – механизм, управляющий перемещением регулирующий перемещением регулирующего органа под воздействием управляющего устройства автоматического регулятора.

Регулирующий орган – устройство, непосредственно изменяющее количество веществ или энергии при регулировании.

Автоматический регулятор выполняет задание, определяемое задающим элементом. На основании сигналов задающего и чувствительного элементов регулятор через исполнительный механизм и регулирующий орган действует на регулируемый объект (рис. XVII. 12).

Классификация автоматических регуляторов представлена на рисунке.

В регуляторах прямого действия перемещение регулирующего органа осуществляется за счет энергии, развиваемой чувствительным элементом, которая обычно пропорциональна отклонению параметра регулирования, или за счет энергии регулируемой среды. Эти регуляторы применяют в простейших объектах регулирования для поддержания постоянными давления, уровня и температуры. Они состоят только из чувствительного элемента и исполнительного механизма.

Регуляторами непрямого действия называют регуляторы, в которых перестановка регулирующего органа осуществляется за счет вспомогательной энергии, подводимой от постороннего источника. Это сложные динамические системы, состоящие из большого числа элементов; применяются для автоматического регулирования сложных объектов регулирования.

Общая функциональная структура в САУ, реализующая принцип отклонения, имеет вид (рис. 1. 1.). Отклонение в функциональной структуре формируется на элементе сравнения ЭС. Это отклонение преобразуется регулятором и преобразователем в управляющее воздействие U(t) на объект. При этом преобразователь, включающий в себя усилительные элементы и исполнительный механизм, может отсутствовать. Функциональная структура для этого случая приведена на рис. 1.2. Схему на рис. 1. 2. рассмотрим дальше.

Итак, регулятор как элемент системы предназначен для формирования управляющего воздействия на регулирующий орган РО объекта управления, на который действует возмущающее воздействие f(t).

Входной сигнал и выходной сигнал могут быть различной природы. Например, это могут быть:

а) электрические;

б) звуковые;

в) световые;

г) пневматические;

д) гидравлические и др. сигналы.

По природе сигналов преобразования выделяют:

1. Электрические.

2. Пневматические.

3. Гидравлические.

4. Комбинированные (электропневматические и электрогидравлические и другие комбинации) регуляторы.

Независимо от природы преобразуемого сигнала регуляторы, использующие для преобразования энергию от добавочного внешнего источника, называют регуляторами непрямого действия. Если питание регулятора идет не извне, а целиком за счет энергии самого регулируемого объекта, то регулятора называют регулятором прямого действия.

На рис. 1.3 и 1.4 изображены соответственно система с непрямым регулятором и система с прямым регулятором. Отличие непрямого регулятора от регулятора прямого действия заключается в том, что измерительное устройство 2 (центробежный механизм) перемещает не непосредственно регулирующий орган (задвижку), а легкий золотник 3, который пускает рабочую жидкость в ту или иную полость гидравлического привода 4, перемещающего регулирующий орган 5. Здесь золотник представляет собой усилительно-преобразовательное устройство (механизм).

При анализе систем управления в большинстве своем интересуются не физическим представлением входных и выходных сигналов при преобразовании, а их математическим представлением. При математическом представлении сигналов рассматривается изменение во времени их уровня. Аналогично и при анализе автоматических регуляторов интересуются формой и видом преобразования.

Преобразование отклонения в управляющее воздействие U(t) (рис. 1.2) записывается в общем виде

U(t)=W[],

где W-оператор преобразования.

Оператор преобразования W выражает вид и форму (разновидность вида) преобразования входного сигнала.

Оператор W-совокупность всех математических действий, которые нужно производить над входной функцией , чтобы получить выходную функцию U(t). Это могут быть все алгебраические действия, дифференцирование, интегрирование, сдвиг во времени, решение интегральных, алгебраических и любых функциональных уравнений, а также логические действия. Совокупность математических действий, выраженных оператором W, называют правилом или законом преобразования, по отношению к регуляторам – законом управления, т. е. правилом, по которому формируется управляющее воздействие U(t). Наименование преобразования определяется видом математического представления сигналов, полученных в результате преобразования.

В общем случае на преобразователь поступает множество входных сигналов , (рис. 1.5). На выходе пусть имеет множество выходных

сигналов , (рис. 1.5).

Физическая природа входных и выходных сигналов может быть различной. Она нас не интересует, а интерес вызывает изменение уровня этих сигналов во времени (рис. 1.6).

Все виды преобразования сигналов можно разделить на три основные группы:

а) непрерывные;

б) дискретно – непрерывное;

в) дискретное.

В случае непрерывного преобразования сигнала и - непрерывные функции времени. Регуляторы в этом случае называют непрерывными, а управляющий сигнал – непрерывная функция времени (рис. 1.7). Сигнал g(t) по-

дается на вход регулятора для случая разомкнутой системы. Каждому значению входной величины в данный момент времени ставится определенное значение выходной величины.