5.2.1. Регулятор без обратной связи

В таком режиме при появлении на входе регулятора сигнала небаланса, превышающего половину зоны нечувствительности релейного элемента, срабатывает последний, что приводит к вращению вала асинхронного двигателя (исполнительного механизма). Направление вращения вала ИМ определяется знаком сигнала небаланса, а скорость перемещения для данного ИМ является величиной постоянной и не зависит от величины сигнала небаланса. При достаточно большой скорости исполнительного механизма регулятор реализует позиционный закон регулирования.

5.2.2 Регулятор с жесткой обратной связью

Жесткая обратная связь охватывает релейный елемент и исполнительный механизм (рисунок 5.1). В реальных промышленных регуляторах такая связь реализуется подачей сигнала по положению выходного вала ИМ ΔМ на вход измерительного блока регулирующего прибора.

Передаточная функция устройства жесткой обратной связи

.

При таком включении обратной связи регулятор приближенно реализует П-закон регулирования, если коэффициент передачи ИМ достаточно велик.

Действительно, в этом случае

где – коэффициент передачи сервомотора (исполнительного механизма);

– коэффициент передачи усилителя;

– эквивалентный коэффициент передачи релейного элемента.

Появление на входе регулятора скачкообразного сигнала x_e(t), при котором сигнал на входе в релейный элемент превысит его зону нечувствительности Δ/2 и приведет к включению реле и пуску исполнительного механизма. Перемещение исполнительного механизма вызывает пропорциональное изменение сигнала жесткой обратной связи при этом сигнал рассогласования ΔU на входе в усилитель уменьшается. Когда ΔU уменьшится до величины, соответствующей зоне возврата релейного элемента релейный елемент возвратится в исходное состояние и исполнительный механизм остановится.

6.2.3 Регулятор с инерционной связью, охватывающей

релейный элемент

В качестве устройства обратной связи в реальных регуляторах используется RС-цепочка, описываемая передаточной функцией инерционного звена первого порядка (рисунок 5.2,б):

В этом случае при достаточно большом K_ПР→∞ передаточная функция регулирующего прибора

Сравнивая последнее выражение с передаточной функцией идеального ПИ-регулятора

можно утверждать, что при охвате релейного элемента инерционной обратной связью регулятор по своим свойствам приближается к ПИ-регулятору с коэффициентом передачи

(5.3)

и временем изодрома

(5.4)

Для пояснения принципа действия регулятора рассмотрим [3, 5] описание переходного процесса при подаче на вход регулятора ступенчатого сигнала х_е (t) (рисунок 5,2,в). На выходе первой ступени усиления сигнал будет иметь значение U₁ = K_У ∙ΔU. В момент времени t = 0, когда сигнал U₁ превысит величину зоны нечувствительности трехпозиционного реле, т.е. , произойдет включение реле и ступенчатый сигнал U_P через пусковое устройство включит исполнительный механизм, выходной вал которого начнет перемещаться с постоянной скоростью.

Одновременно сигнал U_PЭ поступит на вход устройства обратной связи. Сигнал на выходе RC-цепочки обратной связи (рисунок 5.2,в) будет изменяться по экспоненте

где Т_ОС = RC.

Поскольку обратная связь является отрицательной, то x_OC вычитается из постоянного сигнала x_е(t), что приводит к размыканию трехпозиционного реле в момент времени t₁ (рисунок 5.2,в), когда удовлетворяется условие

Это приведет к отключению цепи управления исполнительным механизмом и останову последнего. В то же время скачком исчезает сигнал на входе устройства обратной связи. Конденсатор С начнет разряжаться через сопротивление R. Сигнал обратной связи начнет уменьшаться по экспоненте, а разность – возрастать из-за постоянства x_е (t). В момент времени t₂, когда U₁, снова превысит зону нечувствительности , произойдет повторное включение реле в ту же сторону. Одновременно начнет перемещаться вал исполнительного механизма, а ступенчатый сигнал U_РЭ опять поступит на вход RC-цепочки обратной связи. Описанный цикл будет повторяться до тех пор, пока на входе регулятора будет оставаться сигнал x_е(t).

При этом в замкнутом контуре «реле–обратная связь» происходят автоколебания, а на выходе релейного елемента появляются импульсы, знак и средняя продолжительность которых оказываются линейно связанными со знаком и величиной входного сигнала. В связи с этим вал исполнительного механизма будет прерывисто во времени и ступенчато перемещаться до срабатывания концевого выключателя электродвигателя. Такой режим работы регулятора называется «пульсирующим». Он возникает только при удовлетворении условиям (5.1) и (5.2). Как показано на рисунке 5.2,в, кривая разгона релейно-импульсного регулятора в пульсирующем режиме может быть аппроксимирована кривой разгона идеализированного ПИ-регулятора.

Таким образом, охват релейного елемента линейными обратными связями позволяет получить приближенно линейные законы регулирования.