Міністерство науки та освіти України

Національний університет “Львівська політехніка”

Дослідження системи двопозиційного регулювання

Інструкція до лабораторної роботи № 2

з курсу “Автоматизація технологічних процесів”

для студентів базового напрямку 6.0925 “Автоматизація та

комп’ютерно-інтегровані технології ”

Затверджено

на засіданні кафедри “Автоматизація теплових та хемічних процесів”

Протокол № 1 від 28.09.2002 р.

Львів Львівська політехніка 2002

Дослідження системи двопозиційного регулювання. Інструкція до лабораторної роботи № 2 з курсу “Автоматизація технологічних процесів” для студентів базового напрямку 6.0925 “Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології ”/Укл. В.П.Кореньков. Львів: Вид-во нац. ун-ту “Львівська політехніка”, 2002. - 9 с.

Укладачі: В.П.Кореньков, ст.викладач

Відповідальний за випуск: _______________________

Рецензенти: Стасюк І.Д., к.т.н., доцент

Юсик Я.П., к.т.н., доцент

Мета роботи: ознайомитись з роботою системи двопозиційного регулювання і вивчити вплив різних факторів на характер процесу регулювання.

Необхідна підготовка: знання принципів дії системи двопозиційного регулювання, а також властивостей регулювання (запізнення, самовирівнювання, тощо).

Основні відомості.

Двопозиційним автоматичним регулюванням називається таке регулювання, при якому регулюючий орган має тільки два положення: повного відкриття і повного, або часткового закриття, а притік енергії або речовини до об’єкту регулювання – тільки два значення: максимальне і мінімальне.

Двопозиційні регулятори використовуються для регулювання різних технологічних параметрів (температура, тиск, рівень, величина pH, вологість, тощо).

Як двопозиційні регулятори найбільш широко використовують вимірювальні прилади або давачі з дискретним виходом. В порівнянні з іншими видами регулювання, двопозиційне має деякі переваги – простоту конструкції, налагоджування, тощо.

Двопозиційне регулювання широко використовується для об’єктів, коли допускається коливний процес, а також при багатоканальному регулюванні, коли один пристрій, або керуюча ЕОМ, по черзі впливає на відповідні регулюючі органи.

Приклади систем двопозиційного регулювання різних параметрів технологічного процесу наведені в [1, 2].

В реальних умовах процес двопозиційного регулювання залежить від двох факторів:

• діапазону нечутливості регулятора

• часу запізнення

розглянемо хід процесу двопозиційного регулювання температури одноємнісного об’єкта при дуже малому самовирівнюванні, наявності діапазону нечутливості (2t_o ) і часу запізнення  (рис. 1).

На верхньому графіку вісь абсцис суміщена з лінією заданого значення температури. На нижньому – показано зміну притоку тепла Q_пр в часі при постійному його відтіканні Q_вт. Побудова виконана з моменту часу _о, коли графік зміни регульованої температури від заданого значення пересікає нижню межу діапазону нечутливості. Графік відхилення температури чутливого елемента t_ч.е. від заданого значення зсунутий на величину запізнення .

Включення притоку Q_пр відбувається в моменти часу ₁, ₃ і т.д., що відповідають пересіканню графіком t_ч.е. верхньої межі діапазону нечутливості.

Для даного випадку явищем самовирівнювання (залежністю тепловтрат від температури) нехтуємо, оскільки в межах малих коливань температури графік зміни температури можна вважати таким, що складається з відрізків прямих. Це значно спрощує побудову.

П араметри процесу регулювання (рис. 1) можна визначити з рівняння об’єкта:

Де C=cm – теплова ємність середовища в об’єкті, кДж/с;

с – питома теплоємність середовища;

m – маса об’єкта;

 – час, с;

t – температура, С;

А мплітуда додатного відхилення температури

Амплітуда від’ємного відхилення температури

С умарна амплітуда коливань температури

Ч ас включення

Ч ас виключення

С умарний період

З міщення середнього значення регульованої величини дорівнює половині різниці амплітуд додатного та від’ємного відхилення.

Графік (рис. 1) побудований для Q_пр>2Q_вт. В цьому випадку зростання температури відбувається в два рази швидше від її падіння, та її зміщення t_зм стає додатнім.

Для випадків, коли Q_пр<2Q_вт, зростання температури буде відбуватись повільніше, ніж падіння, а зміщення t_зм стає від’ємним.

При умові Q_пр=2Q_вт має місце так зване симетричне регулювання, тобто коли падіння температури відбувається з тією ж швидкістю, що й зростання. При побудові гравіка припускають, що все запізнення зосереджене між об’єктом і чутливим елементом.

В загальному випадку запізнення може виникати на різних ділянках об’єкта. Якщо запізнення зосереджене між місцем подавання енергії (поступлення притоку) та об’ємом, а чутливий елемент не має запізнення, то на (рис. 1) пунктирна лінія t_ч.е. буде одночасно зображати і величину t.

Якщо в схемі регулювання використовується виконавчий механізм, який з деякою швидкістю впливає на регулюючий орган до повного його відкриття або закриття, то притік притік буде включатися не миттєво, а сповільнено. Така сповільнена зміна притоку погіршує якість двопозиційного регулювання. Швидкість двигуна виконавчого механізму треба зробити по можливості найбільшою.

При наявності самовирівнювання та відносно великих коливаннях регульованої величини наведені вище формули не дають точного результату. Нехтування явищем самовирівнювання або його врахування залежить від необхідної точності розрахунку. Враховуючи його, суттєво ускладнюються розрахунки, оскільки треба врахувати залежність відтоку тепла від значення регульованої температури Q_вт=f(t).

Якщо об’єкт без запізнення має самовирівнювання, то в процесі двопозиційного регулювання регульована величина змінюється не по прямій, а по експоненті. Амплітуда коливань при цьому не змінюється, а період буде більшим. Але при невеликій ширині зони нечутливості розбіжність між прямолінійними та експоненціальними змінами регульованої величини невеликі, і залежності, наведені вище, залишаються достатньо точними.

Покращити якість двопозиційного регулювання, тобто зменшити амплітуду коливань регульованої величини, можна наступними способами:

• зменшення зони нечутливості. В об’єктах із значним запізненням цей спосіб неефективний. Він призводить також до підвищення частоти коливань;

• зменшення часу запізнення;

• збільшення інерційності об’єкта;

• зменшення різниці Q_пр(max)-Q_пр(min), тобто наближення цих величин до реального значення навантаження Q_вт при умові, що Q_прQ_вт.

Існують і інші більш складні способи покращення якості двопозиційного регулювання (введення додаткових елементів або коректуючих контурів). Але при їх використанні втрачається основна перевага двопозиційних регуляторів – їх простота.