Автоматические регуляторы бывают. Что такое автоматический регулятор? Регулятор прямого и непрямого действия
Автоматические регуляторы
Автоматически действующее устройство, предназначенное для регулирования какого-либо параметра объекта, называется автоматическим регулятором.
Автоматические регуляторы могут быть прямого (непосредственного) и непрямого (косвенного) действия (рис. 7).
Автоматическим регулятором прямого (непосредственного) действия называют простейший регулятор, чувствительный (первичный) элемент которого может непосредственно воздействовать на регулирующий (исполнительный) орган без усилительно-преобразующего устройства и дополнительного источника энергии. Такой регулятор работает исключительно за счет энергии самого регулируемого объекта.
Примером автоматического регулятора прямого действия может служить система стабилизации уровня воды в баке (рис. 8,6). Регулируемым объектом является бак 1, регулируемым параметром - высота уровня воды Н. Значение регулируемого параметра зависит от соотношения между величинами поступления воды Qi и ее расхода Q2. Стабилизация этого параметра достигается регулирующим органом - заслонкой 2, управляемой чувствительным элементом - поплавком 5 через рычаг 3 и задатчик 4.
Понижение уровня воды вызывает опускание поплавка, а следовательно, раскрытие заслонки 2, т. е. увеличение поступления воды. При повышении уровня происходит обратный процесс.
Автоматическим регулятором непрямого (косвенного) действия называют такой, в состав которого входит усилительно-преобразующее устройство, питаемое извне от дополнительного источника энергии.
Схема регулятора непрямого действия, предназначенного для регулирования уровня воды в баке 1, приведена на рис. 9,6. Заслонка 2, регулирующая количество поступающей воды Qb управляется чувствительным элементом - поплавком б не за счет энергии воды, а за счет дополнительной электрической энергии, привлекаемой для работы преобразующего органа - потенциометра 4 и усилительного - электродвигателя 3 (привода регулирующего органа).
У рассматриваемого регулятора при среднем положении движка потенциометра, присоединенного к рычагу 5, высота уровня воды равна заданному значению Я, и электродвигатель 3 не работает. При понижении уровня воды поплавок, опускаясь, передвигает ползунок потенциометра в сторону знака плюс, а электродвигатель приоткрывает заслонку 2. При повышении уровня движок перемещается в сторону знака минус, что вызывает вращение электродвигателя в противоположном направлении, а следовательно, прикрытие заслонки.
В зависимости от способа перемещения регулирующего органа автоматические регуляторы могут быть непрерывного и прерывистого действия.
У автоматических регуляторов непрерывного регулирования регулирующий орган занимает, кроме крайних, любое промежуточное положение в зависимости от протекания процесса. Примерами таких регуляторов могут служить приведенные на рис. 8 и 9. У автоматических регуляторов прерывистого регулирования регулирующий орган занимает только два крайних положения (у двухпозиционных) или два крайних и несколько промежуточных (у многопозиционных).
Примером двухпозиционного прерывистого регулятора является автоматический регулятор температуры, приведенный на рис. 6,6. Здесь регулирующий орган (вентиль регулирования- подачи пара) может быть открыт или закрыт, т. е. занимать, только два крайних положения.
Характер протекания процесса непрерывного регулирования- определяется законом регулирования, т. е. зависимостью выходной величины автоматического регулятора от входной.
Закон регулирования определяется управляющим устройством регулятора. По этому признаку автоматические регуля-- торы подразделяются на статические и астатические. Их особенности можно рассмотреть на примере автоматических регуляторов уровня воды (см. рис. 8 и 9).
Статическим или пропорциональным называют такой регулятор, который обеспечивает регулирующее воздействие, пропорциональное отклонению регулируемой величины:
Это воздействие достигается включением в состав регулятора статических элементов и использованием жестких обратных связей. В статическом регуляторе уровня воды, изображенном на рис. 8,6, значение регулируемого параметра не остается постоянным, а зависит от величины возмущающего воздействия. Для поддержания уровня на одной и той же высоте необходимо, чтобы поступление воды равнялось ее расходу Поступление воды зависит от раскрытия заслонки 2, т. е. от положения поплавка 5. Чем больше расход воды, тем больше- должна быть приоткрыта заслонка и тем ниже при установившемся режиме работы регулятора будет находиться поплавок, с уменьшением расхода воды положение поплавка выше. Таким образом, уровеньводы в баке зависит от величины расхода воды т. е. от величины возмущения, и колеблется в некоторых небольших пределах относительно среднего значения.
Работа статического регулятора всегда отличается некоторой постоянной погрешностью. К положительным особенностям его относится малая склонность к колебаниям регулируемого параметра. Статические регуляторы, как более простые по устройству, применяются в тех случаях, когда небольшая погрешность в их работе не оказывает существенного влияния нерегулируемый объект.
В астатическом регуляторе выходная величина у (регулирующее воздействие) пропорциональна интегралу от отклонения регулируемой величины:
В таком регуляторе (см. рис. 9,6) значение регулируемого параметра не зависит от величины возбуждения. В рассматриваемом примере это обеспечивается тем, что между чувствительным элементом - поплавком 6 и регулирующим органом - заслонкой 2 отсутствует жесткая связь. При установившемся режиме и различных значениях расхода Q2 воды заслонка будет занимать разные положения, а поплавок - всегда одно и то же, отвечающее заданному значению H уровня воды в баке.
Астатический регулятор в отличие от статического лишен статической погрешности регулирования. Однако он склонен к колебательным процессам и не всегда устойчив в работе.
Чтобы автоматический регулятор был пригоден для практического использования, необходимо обеспечить устойчивость системы и приемлемое качество регулирования.
Устойчивость системы автоматического регулирования определяется рядом показателей, отображающих характер переходных процессов при регулировании. В специальной литературе приводятся критерии и методы анализа устойчивости регуляторов .
Под качеством процесса регулирования понимают соответствие между заданным и фактическим изменением регулируемого параметра. Обычно это качество определяется следующими показателями:
1) разницей между заданной и фактической величинами регулируемого параметра в установившемся режиме (ошибкой системы); 2) перерегулированием (забросом), т. е. наибольшим отклонением фактической величины параметра от заданной; 3) временем регулирования (быстродействием системы), которое принимается равным продолжительности переходного процесса от его начала до момента, когда регулируемый параметр приобретает величину, близкую (обычно 95-97%) к значению в установившемся режиме; 4) числом колебаний регулируемого параметра в заданное время.
Повысить устойчивость и качество регулирования систем автоматического регулирования можно двумя способами: путем изменения параметров регулируемого объекта или регулятора и путем изменения структурной схемы регулятора. Практически обычно изменяют структурную схему регулятора, для чего вводят дополнительные звенья. Устройства автоматических регуляторов, состоящие из таких звеньев, называются корректирующими. Часто они представляют собой разного рода дополнительные (внутренние) обратные связи.
Из автоматических регуляторов с корректирующими устройствами наиболее распространены изодромный и с воздействием по производной (с предварением).
Таким образом, эти регуляторы обладают хорошими динамическими свойствами статических регуляторов в сочетании с хорошими статическими свойствами (например, отсутствие установившегося отклонения) астатических регуляторов.
Такое сочетание достигается с помощью гибких обратных связей, действующих только во время переходных процессов для затухания колебаний и отсутствующих в установившемся режиме.
Схема изодромного регулятора с гибкой обратной связью в виде катаракта для автоматического регулирования температуры приведена на рис. 10. Температура в камере 18 измеряется термометром сопротивления 17, включенным в одно из плеч измерительного электрического моста 15. В одну из диагоналей моста включена обмотка чувствительного поляризованного реле 9, а питание второй диагонали осуществляется от источника постоянного напряжения. Стабилизируемая температура устанавливается задатчиком 16, который перемещает движок одного из сопротивлений R электрического моста.
При температуре в камере выше заданной реле 9 замыкает контакт 10, включающий обмотку 8 реверсивного двигателя 7 постоянного тока. Двигатель вращает валик 2, соединенный с вентилем 1 паропровода, уменьшая тем самым подачу пара в калорифер 19 камеры.
При понижении температуры в камере направление тока в обмотке поляризованного реле меняется на противоположное и реле замыкает контакт 11, включающий обмотку 6. Двигатель начинает вращаться в обратную сторону, и валик 2 открывает вентиль 1, вследствие чего подача пара в калорифер 19 увеличивается.
Изодромное устройство для улучшения динамической характеристики регулятора осуществлено с помощью катаракта (гидравлического тормоза) 4 с пружиной 5. При вращении валика 2 перемещается рычаг 3, а вместе с ним и катаракт 4 с движком 12 потенциометра 14. Благодаря этому изменяется соотношение между сопротивлениями, включенными в плечи моста 15, и на обмотку реле 9 поступает дополнительный корректирующий сигнал. Жесткая связь рычага 3 с движком 12 существует лишь при быстрых перемещениях рычага в переходных процессах, так как тогда малое отверстие демпфера 13 препятствует переходу масла из одной полости катаракта в другую и шток с цилиндром катаракта перемещается как одно целое. По истечении некоторого времени,когда переходный процесс закончится, пружина 5 катаракта возвращает поршень и движок 12 в исходное положение, пропуская масло через демпфер 13 из одной полости цилиндра катаракта в другую. Таким образом, по окончании процесса регулирования равновесие моста, заданное задатчиком 16, вновь восстанавливается.
Если регулируемый объект отличается большой емкостью (постоянная времени велика), применение изодромного регулятора с гибкой обратной связью не обязательно. В этом случае можно использовать статические регуляторы с жесткой обратной связью (см. пунктир на рис. 10).
Регуляторы с воздействием по производной отклонения осуществляют регулирование по отклонению и его производной, что позволяет учитывать характер изменения регулируемой величины. Поэтому их называют также р е- гуляторами с предварением.
Эта особенность существенна при регулировании быстропротекающих процессов. Закон регулирования таких регуляторов можно выразить уравнением
Регуляторы с воздействием по производной подавляют колебания и повышают быстроту действия системы, улучшая таким образом качество переходных процессов.
Эффект улучшения качества переходных процессов в регуляторах с предварением можно проследить на рис. 11. Предположим, что изменение регулируемого параметра во времени выражается сплошной кривой(рис. 11,а).
Рассмотренный ранее статический пропорциональный регулятор без корректирующих устройств уменьшает рассогласование между заданной и фактической величинами параметров не только пока оно имеется, но и (за счет инерции) некоторое время после его устранения. Поэтому такой регулятор переключается на действие в обратном направлении не в точке В, когда рассогласование равно нулю, а несколько позже, на участке ВС, оказывая некоторое время воздействие, противоположное требуемому.
Регулятор с предварением действует иначе. На участке возрастания отклонения регулируемого параметра от заданного действие регулятора форсируется, так как в начале переходного процесса отклонение и производная имеют одинаковые знаки, а производная имеет наибольшее значение, когда Ax близко к нулю. Благодаря этому наибольшее отклонение параметра в начале переходного процесса уменьшится, на- прішер точка А займет положение Ai. На участке AB, в связи с уменьшением отклонения регулируемого параметра, производная меняет знак. Поэтому регулятор подает воздействие, равное не сумме, а разности сигналов по отклонению и производной, т. е. меньшее. Если регулятор без предварения получил команду переключения на действие в противоположном направлении вблизи точки В, то регулятор с предварением получает такую команду раньше, например вблизи точки Е, когда сигналы по отклонению и производной равны. Переключение регулятора на действие в противоположном направлении до прекращения отклонения параметра предотвращает это отклонение в отрицательную сторону. Переходный процесс может стать апериодическим, как показано пунктиром на рис. 11,а .
Корректирующие устройства, применяемые для дополнительного воздействия регулятора на объект, пропорционального производной от регулируемого параметра, могут быть различны. Разными способами может быть также осуществлено их включение в схему.
На рис. 11,в приведена элементная схема системы автоматического регулирования с воздействием по производной. Здесь корректирующее устройство представляет собой дифференцирующий элемент, включенный последовательно в основную цепь воздействия звеньев системы. На входэтого звена подается отклонение регулируемого параметра, а на выходе получается величина, равная сумме двух слагаемых, из которых первое пропорционально отклонению регулируемого параметра, а второе - производной от этого отклонении. Выходные параметры преобразующего, исполнительного и регулирующего элементов обозначены функциями цуг от времени і.
На рис. 11,г дана принципиальная схема автоматического регулирования скорости вращения вала электрического двигателя постоянного тока, соответствующая элементной схеме на рис. 11,в. Дифференцирующий элемент (показан пунктиром) представляет собой контур сопротивлений RiR2 и емкости С, собранный таким образом, что 
, т. е.
В схеме измерительном элементом является тахогенератор, его напряжение пропорционально числу оборотов п электродвигателя Д. Это напряжение сравнивается с заданным напряжением на потенциометре задатчика.
Выходное напряжение U3 дифференцирующегоконтура подается на усилитель 1, аусиленное напряжение приложено к обмотке возбуждения электромагнитного усилителя ЭМУ, используемого в качестве регулирующего элемента системы.
Система работает следующим образом. При увеличении нагрузки 2 электродвигателя Д скорость вращения п его вала уменьшается. В связи с этим уменьшается величина вырабатываемого тахогенератором напряжения и, следовательно, увеличивается напряжение рассогласования системы. В результате последнего обстоятельства увеличивается напряжение на обмотках возбуждения ЭМУ, что приводит к возрастанию силы тока /, протекающего через якорь двигателя Д.
Увеличение силы тока двигателя обеспечивает увеличение вращающего момента Л1вп - кі, что приводит к возрастанию скорости вращения вала двигателя.
Так как величина производной будет наибольшей в самом начале переходного процесса (когда близко к 0), регулятор начнет действовать раньше, чем наступит необходимое рассогласование регулируемого параметра. Действие регулятора в начале переходного процесса будет форсированным, так как отклонение параметра и производная имеют одинаковые знаки.
В середине переходного процесса, когда отклонение параметра достигает наибольшего значения, производная превращается в нуль, поэтому она способствует уменьшению перерегулирования параметра.
В конце переходного процесса производная вновь приобретает наибольшее значение, однако с противоположным знаком. Это способствует уменьшению длительности переходного процесса, который может стать апериодическим.
Автоматические регуляторы непрямого действия, предназначенные для регулирования какого-либо параметра по заранее заданной программе, вместо ручной настройки оборудуются программными задающими устройствами (рис. 12).
В случае применения электрических чувствительных элементов и усилительно-преобразующего устройства в качестве программного может быть использован часовой механизм 1, приводящий во вращательное движение профилированный кулачок 2, воздействующий на движок потенциометра 3 эталонного напряжения (рис. 12,6). Форма профилированного кулачка соответствует программе регулирования.
Регулирование с изменением значения регулируемой величины по заранее заданному закону называется программным регулированием.
При программном регулировании автоматический регулятор «стремится» ликвидировать рассогласование между напряжением Ui на выходе чувствительного элемента и переменным напряжением UQ задающего устройства. «Отрабатывая» задаваемое на входе переменное напряжение U0, система осуществляет соответственное изменение регулируемой величины (например, температуры Ѳ) на выходе.
Автоматические регуляторы непрямого действия можно выполнять универсальными, пригодными для регулирования разных параметров процессов. Например, к измерительной системе таких регуляторов может быть присоединен любой воспринимающий (первичный) элемент, вводящий необходимое воздействие и интенсивность. К выходу исполнительного органа регулятора могут быть присоединены разные регулирующие органы в соответствии с. видом и интенсивностью выходного воздействия .
отрывки из книги Автоматизация технологических процессов в деревообработке, Н. В. МАКОВСКИЙ (внимание! возможны ошибки распознавания)
От: LidiaZaiceva, 11545 просмотров
Автоматический регулятор –это средство автоматизации, получающее, усиливающее и преобразующее сигнал отклонения регулируемой величины и целенаправленно воздействующее на объект регулирования; он обеспечивает поддержание заданного значения регулируемой величины или изменение ее значения по заданному закону.
Автоматические регуляторы классифицируются в зависимости от назначения, принципа действия, конструктивных особенностей, вида используемой энергии и др.
По конструктивным признакам автоматические регуляторы подразделяются на аппаратные, приборные, агрегатные и модульные (элементные).
Регуляторы аппаратного типа конструктивно представляют собой техническое устройство, работающее в комплекте с первичным измерительным преобразователем. Аппаратные автоматические регуляторы работают независимо(параллельно) от средств измерения данного технологического параметра.
Регуляторы приборного типа работают только в комплекте с вторичным измерительным прибором. Приборные регуляторы не имеют непосредственной связи с первичным измерительным преобразователем.
Сигнал об отклонении регулируемой величины от заданного значения(t) поступает на вход приборного регулятора от вторичного измерительного прибора. Для этого измерительный прибор имеет задающее устройство, на котором вручную устанавливается требуемое заданное значение регулируемой величины. Заданное значениеg(t) в приборе сравнивается с действительным значениемx(t) регулируемой величины, определяемым положением подвижной измерительной системы прибора, и разность(t)=g(t)-x(t) подается на вход регулятора.
Рис.1 Структурная схема регулятора.
1–задающее устройство;
2–сравнивающее устройство;
3–усилительно-преобразовательное устройство;
4–исполнительное устройство;
5–объект регулирования;
6–измерительное устройство (служит для определения действительного значения регули- руемого параметра g(t) с учетом действующих на объект регулирования возмущенийf(t)).
Таким образом, регуляторы приборного типа включаются последовательно с вторичным измерительным прибором.
Достоинством регуляторов приборного типа является то, что в этом случае не требуется установка дополнительных первичных измерительных преобразователей и прокладка линий связи от них до регуляторов; их недостаток–более низкие динамические свойства и надежность по сравнению с аналогичными параметрами регуляторов аппаратного типа.
Автоматические регуляторы, построенные по модульному (элементному) принципу , состоят из отдельных модулей (элементов), выполняющих отдельные операции. Входные и выходные сигналы модулей унифицированы. Это позволяет собирать автоматические регуляторы различного функционального назначения.
Автоматические регуляторы, построенные по агрегатному (блочному) принципу, состоят из отдельных унифицированных блоков, выполняющих определенные функции. Входные и выходные сигналы этих блоков унифицированы. Это позволяет из блоков проектировать автоматические регуляторы различного функционального назначения.
В зависимости от источника используемой энергии автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия.
В регуляторах прямого действия одновременно с измерением регулируемой величины от объекта регулирования отбирается часть энергии, которая используется для работы регулятора и воздействия на его исполнительный механизм–регулирующий орган объекта регулирования. Таким образом, к автоматической системе «объект-регулятор» энергия извне не подводится.
В автоматических регуляторах непрямого действия для работы регулятора и воздействия на его исполнительный механизм подводится энергия извне.
В зависимости от вида используемой энергии регуляторы непрямого действия подразделяются на
электрические (электромеханические, электронные),
пневматические,
гидравлические
комбинированные (электропневматические, электрогидравлические).
Электрические автоматические регуляторы применяются главным образом для регулирования на невзрывоопасных объектах при больших расстояниях от пункта управления до объекта регулирования.
Пневматически е автоматические регуляторы применяются во взрыво- и пожароопасных зонах при небольших расстояниях (до 400м) от пункта управления до объекта регулирования.
Гидравлические регуляторы применяются во взрыво- и пожароопасных зонах, как правило, при непосредственном размещении элементов регулятора в зоне объекта регулирования.
Комбинированные регуляторы применяются в случаях, когда необходимо использовать отдельные преимущества электро-, пневмо- или гидрорегуляторов.
По характеру изменения регулирующего воздействия автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы с линейным инелинейным законами регулирования.
По виду регулируемого параметра автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, состава и содержания вещества и т.п.
2 Автоматический регулятор Автоматический регулятор это совокупность устройств при помощи которых автоматически поддерживается значение регулируемой величины с той или иной точностью по отношению к заданному значению. Зависимость μ = f σ в неустановившемся режиме называется законом регулирования регулятора где σ = Ттек Тзад сигнал рассогласования μ закон перемещения затвора регулирующего органа t время. Динамическая характеристика регулятора как динамического звена...
Поделитесь работой в социальных сетях
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
2.2 Автоматический регулятор
- Автоматический регулятор это совокупность устройств, при помощи которых автоматически поддерживается значение регулируемой величины с той или иной точностью по отношению к заданному значению .
Зависимость μ = f (σ ) в неустановившемся режиме называется законом регулирования регулятора, где σ = (Т тек Т зад ) сигнал рассогласования, μ закон перемещения затвора регулирующего органа, t время. Здесь:
Т тек текущее значение регулируемого параметра;
Т зад заданное значение регулируемого параметра.
Динамическая характеристика регулятора как динамического звена рассматривается всегда в следующих координатах:
В зависимости от закона регулирования регулятора бывают линейные и нелинейные.
В настоящее время роль регуляторов выполняют программируемые контроллеры. В них запрограммирован закон регулирования (чаще всего ПИД закон).
Классификация линейных регуляторов
- П-регулятор (пропорциональный);
- И-регулятор (интегральный);
- ПИ-регулятор (пропорционально-интегральный (изодромный));
- Регуляторы с предварением (с опережением):
- ПД-регулятор;
- ПИД-регулятор
Из нелинейных регуляторов самый популярный позиционный регулятор.
Рассмотрим смысл закона регулирования регулятора на примере САР температуры целевого продукта в теплообменнике. Эта схема нам уже известна. Это САР по отклонению. Здесь σ сигнал рассогласования 90º 100º = 10 ºС = σ. Закон регулирования регулятора (контроллера) определяет характер перемещения затвора регулирующего органа в новое положение.
На место регулятора (контроллера) в данной схеме будем поочередно ставить линейные регуляторы и будем наблюдать, как регулирующее воздействие μ от каждого закона регулирования влияет на характер перемещения затвора регулирующего органа.
П-регулятор
Это регулятор, у которого μ пропорционально σ, т.е.
μ = Кσ.
При скачке входной величины σ на значение (10ºС) затвор регулирующего органа переходит в новое μ - положение скачком (рис.2.10).
Рис.2.10. Закон регулирования П-регулятора.
Достоинство такого регулирования: регулирующий орган быстро перемещается на новое положение, т.е. высокая скорость регулирования (t время).
Недостаток : имеет место остаточное отклонение, т.е. имеет место некоторая ошибка регулирования.
И-регулятор
Это регулятор, у которого μ пропорционально интегралу σ
При скачке входной величины на значение (10ºС) затвор регулирующего органа медленно переходит в новое положение (рис.2.11).
Рис.2.11. Закон регулирования И-регулятора.
Достоинство : отсутствие остаточного отклонения регулируемого параметра от заданного значения.
Недостаток : низкая скорость регулирования, т.е. затвор в новое положение перемещается медленно.
ПИ-регулятор
Это параллельное соединение предыдущих двух регуляторов (П и И - регуляторов). Этот регулятор сочетает положительные моменты П и И -регуляторов. У ПИ-регулятора (рис.2.12) регулирующее воздействие μ перемещает затвор пропорционально отклонению параметра σ и интегралу отклонения σ.
где: К, Т и параметры настройки регулятора. Как видим, формула данного закона это сумма двух предыдущих формул. Затвор регулирующего органа часть пути пройдет скачком по П-закону , а оставшуюся часть медленно по И - закону .
Рис.2.12. Закон регулирования ПИ-регулятора.
Регуляторы с предварением
ПД-регулятор
Это такой регулятор (рис.2.13), у которого выходной сигнал μ пропорционален входному сигналу σ и производной dσ / dt , т.е.
Рис.2.13. Закон регулирования ПД-регулятора.
Производная dσ / dt характеризует тенденцию изменения (отклонения) регулируемой величины. Величина и знак воздействия от производной позволяют регулятору как бы предвидеть в какую сторону и на сколько отклонилась бы регулируемая величина под действием данного возмущения. Это предвидение позволяет регулятору предварять своим воздействием возможное отклонение регулируемой величины. В результате процесс регулирования завершается в более короткое время.
Сначала затвор скачком переходит из точки а в точку в (П закон), т.е. больше чем надо, затем отскакивает назад в точку б (дифференциальное действие), и остаётся в этом положении.
ПИД-регулятор .
У него 3 родителя: П-регулятор, И-регулятор, ПД-регулятор. Соответственно складываются 3 формулы (рис.2.14.)
Здесь: К, Т и , Т д параметры настройки, которые можно настроить вручную.
Рис.2.14. Закон регулирования ПИД-регулятора.
ПИД - закон используется во всех контроллерах. Сначала затвор скачком переходит из точки а в точку в (П закон), т.е. больше чем надо, затем отскакивает назад в точку б (дифференциальное действие), а далее затвор медленно перемещается в конечное положение (И закон). В результате процесс регулирования завершается в более короткое время и с меньшей погрешностью регулирования.
С АР непрерывного и прерывного действия
В САР непрерывного действия при непрерывном изменении регулируемого параметра регулирующий орган перемещается непрерывно.
В САР прерывного действия при непрерывном изменении регулируемого параметра регулирующий орган перемещается прерывно. Соответственно САР прерывного действия делятся на: САР импульсные, САР релейные (позиционные).
В импульсных САР при непрерывном изменении регулируемого параметра регулирующий орган воздействует на объект отдельными импульсами. Период чередования импульса задается принудительно.
В релейных САР регулирующий орган воздействует только тогда, когда непрерывно изменяющаяся регулируемая величина достигает определенного значения или определенных значений. Частный случай релейных САР двухпозиционная САР. Например, изменение температуры в сауне по времени τ в диапазоне двух уставок (90-110) 0 С (рис.1.2). В качестве регулирующего органа в сауне используется контактная пара для включения и выключения ТЭНа. Регулирующий орган имеет всего 2 положения - контактная пара включена и выключена.
Рис.1.2. Изменение температуры в сауне по времени τ.
На практике чаще всего встречаются объекты с несколькими регулируемыми параметрами. Например, в аппарате надо поддерживать постоянное давление и при этом определенный температурный режим. Когда САР различных параметров связаны между собой через объект, то такие САР называются системами связанного регулирования.
Позиционный регулятор
У позиционных регуляторов регулирующее воздействие заставляет затвор срабатывать только при определённых отклонениях регулируемого параметра от заданной величины. Регулирующий орган позиционного регулятора может занимать ограниченное число определенных позиций. Перемещение из одного положения в другое происходит мгновенно. Примером может быть контактная пара (регулирующий орган) для включения ТЭНа в сауне. Регулирующий орган - контактная пара имеет только 2 позиции (вкл., выкл,). Наиболее распространены двухпозиционные регуляторы. При использовании двухпозиционной САР регулируемый параметр совершает незатухающие синусоидальные колебания (рис.2.15.).
Рис.2.15. Закон регулирования регулятора двухпозиционного регулятора.
Реальность в динамических характеристиках звеньев САР
- C качков не бывает (всё происходит во времени) (ПИД-регулятор).
2. В графиках нужно учитывать запаздывание (чистое (транспортное) τ 0 ; ёмкостное - τ ё )
Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм> |
|||
| 12167. | Программно-лингвистический комплексы РАМЕЯ (автоматизированное рабочее место языковеда для иероглифических языков)/и ЯРАП (японско-русский автоматический перевод) | 18.25 KB | |
| Комплекс РАМЕЯ предназначен для оптимизации работы русскоязычного пользователя с языками имеющими иероглифическую письменность прежде всего с японским и китайским. Комплекс обеспечивает более полный и разнообразный набор словарных и корпусных функций для русскоязычных пользователей чем какаялибо другая из существующих систем обработки текстов и данных на языках с иероглифической письменностью. Учитываются три основных вида работы: 1 выполнение и редактирование переводов текстов на языках с иероглифической письменностью; 2 поиск... | |||
| 12013. | Технология автоматической классификации транспортных средств на базе анализа видеоизображений, получаемых средствами видеофиксации (видеокамерами). Автоматический классификатор транспортных средств АКТС-4 | 1.02 MB | |
| Автоматический классификатор транспортных средств АКТС4. Разработка в качестве сенсора использует четыре видеокамеры видимого диапазона установленные перпендикулярно движению транспортных средств две на въезде на полосу движения пункта взимания платы две другие на выезде. Используемые в настоящее время в европейских странах автоматические классификаторы транспортных средств представляют собой оптические пары инфракрасных излучателей и датчиков. | |||
Автоматическим регулятором называется устройство, обеспечивающее в системах автоматического регулирования (АСР) поддержание технологической величины объекта, характеризующей протекание в нем процесса около заданного значения путем воздействия на объект.
Заданное значение может иметь постоянную величину (в системах стабилизации) или изменяться по определенной программе (в системах программного регулирования).
Структурная схема регулятора может быть представлена как совокупность двух элементов (рис.1): элемента сравнения 1 и элемента 2, формирующего алгоритм (закон) регулирования.
На элемент сравнения 1 поступают два сигнала у и у зд, пропорциональные, соответственно, текущему и заданному значениям регулируемой величины. Сигнал у формируется измерительным преобразователем, а сигнал у зд – задатчиком или программным устройством.
Сигнал рассогласования
(1)поступает в элемент 2, который вырабатывает выходной сигнал регулятора, направляемый на исполнительное устройство.
Регуляторы могут быть с прямой и обратной характеристикой. Если с увеличением у относительно у зд выходная величина u увеличивается, то регулятор имеет прямую характеристику, а если уменьшается, то – обратную характеристику. Переход с прямой характеристики на обратную и наоборот в регуляторах осуществляют при помощи специального переключателя.
Отрицательную обратную связь в замкнутом контуре АСР формируют посредством применения регуляторов с прямой или обратной характеристикой.
Законом регулирования называется зависимость между изменением выходной величины регулятора u и рассогласованием текущего у и у зд значений регулируемой величины.
По законам регулирования аналоговые регуляторы делят на пропорциональные, пропорционально-интегральные, пропорционально-дифференциальные и пропорционально-интегрально-дифференциальные.
Закон регулирования пропорционального регулятора имеет вид
(2)где - коэффициент передачи (усиления) регулятора; u 0 -выходная величина регулятора в начальный момент времени.
Коэффициент передачи регулятора является параметром настройки регулятора. Изменяя ,можно изменить степень воздействия регулятора на объект.
Структурная схема П-регулятора представляет звено с большим коэффициентом усиления (k =10000¸40000), охваченное по отрицательной обратной связи усилительным звеном с коэффициентом k oc .
Передаточная функция П-регулятора, приведённого на рис. 2, равна
(3)Из выражения (3) видно, что чем меньше коэффициент k ос (степень воздействия отрицательной обратной связи), тем больше изменяется выходная величина регулятора при определенном рассогласовании.
Динамические характеристики П-регулятора при ступенчатом изменении входного сигнала и различных значениях k p приведены на рис. 3.
Согласно уравнению (2) выходной сигнал регулятора для зависимостей 1 и 2 будет равен:
(3)К достоинствам пропорционального регулятора следует отнести его безынерционность (или быстродействие). Это выражается в том, что его выходная величина изменяется одновременно с изменением входной величины. Оптимальное значение параметра настройки регулятора, как и для других регуляторов определяется выбранным переходным процессом АСР, заданными параметрами качества регулирования и устанавливается в зависимости от свойств объекта регулирования.
Недостатком П-регулятора является то, что при работе в замкнутом контуре АСР регулятор не возвращает регулируемую величину к заданному значению, а приводит к новому положению равновесия со статической ошибкой регулирования пропорциональной коэффициенту передачи по каналу «возмущающее воздействие – регулируемая величина» и обратно пропорциональной k p . Увеличение k p при работе на объектах с запаздыванием приводит к неустойчивому режиму работы АСР.
Выходная величина пропорционально-интегральных регуляторов (ПИ-регуляторов) изменяется под действием суммы двух составляющих: пропорциональной и интегральной.
Закон регулирования ПИ-регуляторов с независимыми параметрами настройки описываются равенством:
, (4)где k p – коэффициент передачи регулятора;
Т и – время интегрирования.
По физическому смыслу Т и – это время, в течение которого изменение выходного сигнала регулятора под действием интегральной составляющей достигает ступенчатого изменения его входной величины.
ПИ-регулятор имеет два параметра настройки – k p и Т и.
Динамическая характеристика ПИ-регулятора (рис.4) представляет сумму пропорциональной и интегральной составляющих.
Из рисунка видно, что с увеличением Т u степень воздействия интегральной составляющей уменьшается.
Структурная схема ПИ-регулятора с независимыми параметрами настройки приведена на рис. 5.
Передаточная функция этого регулятора описывается уравнением (5)
В промышленности широко используются также регуляторы с зависимыми параметрами настройки (изодромные регуляторы), уравнение динамики которых имеет вид:
, (6)где k p –коэффициент передачи регулятора;
Т из –время изодрома регулятора.
По физическому смыслу Т из – это время, в течение которого при ступенчатом изменении входной величины выходная величина регулятора под действием интегральной составляющей изменяется на такую же величину, как и под действием пропорциональной составляющей.
Динамические характеристики изодромного регулятора приведены на рис.6.
Регулятор - это устройство, которое управляет величиной контролируемого параметра. Регуляторы используются в системах автоматического регулирования. Они следят за отклонением контролируемого параметра от заданного значения и формируют управляющие сигналы для минимизации этого отклонения.
Как купить регулятор? Цены, оплата, доставка
Мы предлагаем регуляторы наиболее известных на российском рынке производителей ОВЕН и МЗТА. Перейдя по ссылкам ниже вы найдете модификации предлагаемых регуляторов, подробные описания и цены:
Минимальная цена на регулятор из предлагаемых на нашем сайте - всего 1700 рублей.
Как настроить ПИД регулятор?
Компания ИнСАТ предлагает курсы практической настройки регуляторов.
В рамках курса мы научим слушателей ставить задачу на настройку (наладку) систем автоматического регулирования, формировать требования к качеству регулирования, разберем структуру и особенности систем автоматического регулирования, дадим методологию познания объекта регулирования и системы регулирования, пройдем путь от начальных настроек до наилучших, дадим свой взгляд на особенности текущей эксплуатации.
Мы не преподаем Теорию Автоматического Управления. Мы даем методологию практической наладки
Регуляторы и системы автоматического регулирования
Для классификации регуляторов используется ряд параметров. Рассмотрим их детально.
Используемый закон регулирования (ПИД регулятор, ШИМ регулятор)
В системах автоматического регулирования чаще всего используются П, ПИ, ПИД и позиционный законы регулирования. Часто отдельно выделяют ШИМ регуляторы , но это ПДД регулятор, выход которого преобразуется в один или два дискретных сигнала с помощью широтноимпульсной модуляции. Кроме того, сейчас появляется все больше регуляторов, реализующих законы управления на базе нечеткой логики нечеткий регулятор .
Тип выходного сигнала управления ПИД регулятора в системах автоматического регулирования
Исполнительные механизмы систем автоматического регулирования могут иметь различные типы входных сигналов. Так, некоторые управляются унифицированным аналоговым сигналом 4-20 мА (0-10В), некоторые для регулирования используют 1 дискретный вход (например, регулятор температуры в печи), а некоторые - два дискретных входа (например, регулятор давления пара в аппарате управляет задвижкой: используются два сигнала - один на открытие, а другой на закрытие задвижки). Соотетственно ирегуляторы могут иметь для управления либо аналоговый выходной сигнал, либо один или два дискретных сигнала для реализации ШИМ управления (ШИМ регулятор ), либо дискретный выход реализующий фазоимпульсное управление мощностью. Номенклатура приборов, которые мы предлагаем для создания систем автоматического регулирования , включает в себя регуляторы как с аналоговым выходом, так и с дискретными выходами, реализующими широтноимпульсноую модуляцию управляющего сигнала.
Наличие ретрансляционного выхода
Часто в системах автоматического регулирования величиной технологического параметра надо не только управлять, а так же ее надо регистрировать. Для этого многие регуляторы имеют дополнительный аналоговый выход. На него подается в заданном масштабе величина регулируемого параметра. Этот выход может быть заведен на вход регистрирующего прибора.
Дискретные выходы и возможность их программирования
При наличии аналогового управляющего сигнала регулятор может иметь один или два дискретных сигнала для реализации функций сигнализации, защиты или других. Так, например, ПИД регулятор температуры может формировать сигналы тревог при выходе регулируемого параметра за указанные границы.
Наличие программного задатчика (регулятор температуры)
Часто в системах автоматического регулирования циклических процессов требуется по определенной программе менять величину задания регулятора. Для этого используется программный задатчик. Параметрами оценки таких регуляторов являются число шагов программы, максимальная и минимальная длинна шага программы, возможность плавного изменения задания на шаге. Так например ПИД регулятор температуры и ПИД регулятор давления в системе автоматического регулирования установки выращивания кристаллов имеют сложные программы изменения их заданий.
Число входных сигналов системы регулирования, участвующих в формировании управляющего сигнала
Часто надо регулировать какой-либо параметр с коррекцией управляющего сигнала по величине другого параметра (например, регулятор расхода газа с коррекцией по температуре). Другим примером может быть реализация каскадного регулирования.
Тип регулируемого параметра
Существуют универсальные регуляторы - им на вход можно подать любой тип сигнала. С их помощью можно делать системы регулирования любых технологических параметров. Однако часто тип регулируемого параметра жестко ограничен: регулятор давления, регулятор температуры, регулятор уровня, регулятор расхода и т.п. Это связано с тем, что для измерения различных типов сигналов могут использоваться различные алгоритмы обработки. Так регулятор температуры предполагает при получении сигналов от термопар компенсацию температуры холодных спаев и преобразование величины контролируемой термо ЭДС в значение температуры. В регуляторе расхода часто надо уточнить величину измеренного расхода по значению давления и температуры контролируемой среды. Поэтому, чтобы упростить программу, зашитую в регулятор, и удешевить изделие производители разделяют их по назначению.
Точность регулирования
По этому параметру можно выделить общепромышленные и прецизионные регуляторы. В качестве примера можно привести прецизионный регулятор температуры ПРОТЕРМ.
Наличие интерфейса связи с другим оборудованием
Современные системы регулирования обычно являются частью крупных систем управления. Чтобы интегрировать регуляторы с остальным оборудованием или реализовать удобный интерфейс пользователя на операторской станции они должен иметь интерфейс связи. Самые простые регуляторы не имеют средств подключения. Наиболее распространенными интерфейсами для связи с верхним уровнем являются RS-232 и RS-485. Многие производители реализуют свой протокол обмена с регуляторами, но наиболее распространенным, можно сказать стандартным, стала поддержка протокола MODBUS RTU.
Наличие и качество алгоритмов автонастройки параметров системы регулирования
Это очень важная функция для создания системы автоматического регулирования на объекта, чьи динамические характеристики заранее не известны или сильно меняются во времени.
Число обслуживаемых контуров регулирования
Наиболее распространены регуляторы на один контур. Но в настоящее время все больше появляется многоконтурных регуляторов. Такие регуляторы часто позволяют реализовать взаимосвязанное регулирование параметров.
Питание регуляторов
Важным параметром является необходимость использования внешнего на 24В постоянного тока и наличие встроенного питания измерительных цепей.
КонтрАвт Регуляторы температуры / терморегуляторы рассчитаны на работу с термопарами и термосопротивлениями, а также с унифицированными сигналами тока и напряжения. Регуляторы - измерители температуры имеют высокую точность измерения (класс точности не ниже 0.1). Регуляторы температуры серии МЕТАКОН поддерживают интерфейс RS-485, поэтому они широко используются в качестве измерителей, сигнализаторов и регуляторов в распределенных SCADA-системах.