§10 Основні режими роботи промислового автоматичного регулятора з вм постійної швидкості.

Основні режими роботи:

1. Пульсуючий (ковзаючий)

2. Режим постійної швидкості

3. Змішаний

4. Режим одноразового вмикання

1 режим – це робочий (рекомендований) режим, в ньому формуються лінійні закони регулювання. Інші три режими – це аварійні режими вмикання, що утворюються при неправильних настройках.

Розглянемо 1 режим – пульсуючий:

- умова, при якій регулятор працює в пульсуючому режимі (швидкість зміни сигналу в ланці ЗЗ > ніж швидкість зміни вхідного сигналу).

Розглянемо принцип формування ПІ закону регулювання нелінійним регулятором, що містить трипозиційне реле і ВМ постійної швидкості.

Виходячи з виводу рівняння баластної ланки для подібної структури регулятора (без охоплення зворотнім зв’язком ВМ) було показано, що в граничній системі для цього випадку повинна міститься інерційна ланка першого порядку.

Деякий час назад було показано, що при наявності нелінійної ланки в ОЛР в граничній системі рівняння ланки ЗЗ не змінюється, залишається теж саме.

Розглянемо трипозиційну релейну характеристику, вона складається із двох гістерезисних областей, що характеризуються параметром ∆в (зона повернення) і ∆ - зона нечутливості. Ширина зони нечутливості розраховується виходячи з амплітуди випадкових завад вхідного сигналу.

Крива розгону – інерційна ланка першого порядку.

Сигнали релейного елементу вмикають ВМ на відкриття або закриття РО.

1. На вхід регулятора поданий вхідний сигнал ε у вигляді стрибкоподібного сигналу.

Реакція автоматичного регулятора:

Цей сигнал в К раз підсилюється операційним підсилювачем, потім потрапляє на релейний елемент, який має трипозиційну релейну характеристику.

В початковий момент сигнал на вході релейного елементу значно більший, ніж зона нечутливості ∆/2, що призводить до включення релейного елементу, на його виході сигнал Х_Р буде =± логічна 1. Протилежне включення – - логічна 1. В початковий момент реле включається, після цього сигнал Х_Р може надходити одночасно на ВМ і на ланку ЗЗ. ВМ постійної швидкості описується інтегральним законом, тому його сигнал інтеграла від логічної 1 є пряма лінія. Кут нахилу сигналу М від t, визначається відношенням

Сигнал на виході ланки ЗЗ змінюється по експоненті, тому, що для формування ПІ-закону по теорії (див. попередній вивід, там знаходиться інерційна ланка першого порядку).

Згідно рисунка ланка ЗЗ – негативна , тому сигнал ЗЗ віднімається від вхідного сигналу ε і з часом сигнал на вході операційного підсилювача зменшується.

Це приведе до того, що ВМ знову включиться і далі умови, що відповідають моментам t₂ і t₃ повторюються.

В подальшому сигнал на вході релейного елементу Х_Л змінюється в межах зони повернення Х_В, тобто перше включення має велику тривалість часу, а наступне включення – короткочасне.

Т.ч. якщо виконати лінійну апроксимацію графіка переміщення РО, можна побачити, що вона співпадає з кривою розгону ПІ-регулятора.

Коефіцієнт передачі імпульсного регулятора визначається не на осі ординат, а в точці перетину з лінією переміщення РО, іншими словами – вкінці першого імпульсу включення.

З цих двох графіків видно, що це похибка, яка формує відмінність реального регулятора від ідеального.

Примітка: оскільки промислові регулятори призначені для автоматизації інерційних промислових об’єктів, то їх реакція на ідеальний та реальний регулятори майже однакова, тому що вони є фільтрами (не пропускають високочастотні сигнали, а лише математичне очікування сигналів).

Т.ч. один і той же промисловий регулятор може формувати різні криві розгону в залежності від параметрів не лінійності.

Висновки: параметри нелінійного елементу впливають на форму кривої розгону наступним чином:

1. Зона повернення – зменшення зони повернення призводить до зменшення тривалості короткочасних вмикань ВМ і більш точного формування ПІ закону в промисловому регуляторі. Ручка настройки регулятора називається імпульс.

2. Зона нечутливості – впливає на величину статичної похибки регулювання, чим вона менша, тим точніше регулювання, але тим більший вплив випадкових завад.

Параметри релейного елементу виставляють із міркувань найменшого впливу випадкових завад в сигналі ε, а ручку "імпульс" в таке положення, щоб було не більше 6-10 вмикань регулятора за хвилину.

2,3,4 – режими являються не лінійними і забороненими, ніякого закону вони не формують.

2 режим – режим постійної швидкості переміщення РО

Умова виникнення режиму: швидкість наростання зміни сигналу ЗЗ менша або рівна швидкості зміни вхідного сигналу ε.

На верхньому графіці показана лінія зміни вихідного сигналу під час регулювання.

При появі сигналу розлагодження сигнал ЗЗ довгий час відстає за амплітудою від вхідного сигналу, тобто їх різниця ε-x_ЗЗ довгий час більша зони нечутливості і весь цей час релейний елемент ввімкнутий. Внаслідок цього ВМ довгий час переміщує РО ,доходить до крайнього положення і залишається в ньому, повністю відкритий або повністю закритий, до тих пір, поки вхідний сигнал не зменшиться і довгий час не буде менше сигналу ЗЗ.

Внаслідок цього ВМ знов дійде до крайнього протилежного положення і в системі буде формуватися двопозиційне регулювання, тобто виникнуть автоколивання.

Висновок 1: режим заборонений внаслідок значного спрацювання ВМ

Висновок 2: амплітуда автоколивань регульованого параметра перевищує припустимі технічним регламентом відхилення, що викликає спрацьовування автоматичної сигналізації або захисту.

Вихід у перший режим із такого становища – правильно визначити настройки регулятора К_Р, Т_И.

3 режим – сумісний режим:

Цей режим виникає наприкінці роботи регулятора в першому режимі, коли випадкові коливання сигналу роз лагодження мають амплітуду близьку до ширини зони нечутливості , при цьому параметр відрегульований, але релейний елемент короткочасно вмикається в протилежних напрямках (світлофорний ефект ).

Третій графік показує, що при цьому РО коливається відносно середнього значення. Режим заборонений тому, що приводить до швидкої поламки ВМ (в редукторі ламаються шестерні, електродвигун згоряє тому, що пускові струми двигунів від кВт і вище приблизно в 10 разів більші ніж номінальні струми живлення).

Тепловий ефект (виділення тепла) пропорційний квадрату струму, тому в пускових режимах двигун виділяє на 2 порядки більше тепла ніж в номінальних режимах.

Щоб вийти з цього режиму в перший потрібно зменшити зону нечутливості або зменшити тривалість імпульсів включення (зона повернення).

4 режим – одноразового вмикання

Умова:

Умовою виникнення цього режиму є неправильне проектування АСР, тобто вибраний дуже швидкий ВМ або вибраний дуже великий коефіцієнт передачі регулятора К_Р, або вибраний дуже малий Т_И, або ці умови разом.

Швидкість зміни сигналу ЗЗ набагато більша швидкості зміни вхідного сигналу, при цьому найкоротше включення релейного елементу приводить до значної зміни сигналу ЗЗ. Різниця між ε і x_ЗЗ буде мати протилежний знак, тобто за одне коротке включення ми переходимо за зону нечутливості. Внаслідок цього реле вмикається в протилежному напрямку. Це відбувається безперервно.

Електродвигун при цьому перегрівається пусковими токами і згоряє, а редуктор (шестерні) інтенсивно зношується.

Вихід з цього режиму:

1. Правильно вибрати настройки К_Р,Т_И,

2. Якщо це не допомагає, замінити ВМ на більш повільний.

Т_ВМ=10с,25с,63с,250с,400с.