Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

Рис. 119. Схема системы автоматического регулирования

Глава 14. Системы автоматического

РЕГУЛИРОВАНИЯ

В цепи главной обратной связи имеется инвертор, изменя­ющий знак сигнала X. В случае неравенства величин, поступа­ющих на сравнивающее устройство, т. е. в случае рассогласова­ния, на выходе задающего устройства появляется сигнал АХ =

• Х₀ — X, пропорциональный рассогласованию. Этот сигнал подается на вход регулятора. В регуляторе сигнал АХ преобра­зуется и усиливается по мощности до уровня, необходимого для управления исполнительным устройством. Исполнительное уст­ройство в свою очередь воздействует на объект регулирования. При этом регулируемая величина X в результате регулирующего воздействия У изменяется в сторону уменьшения отклонения АХ.

Рассмотрим несколько подробнее основные элементы системы автоматического регулирования.

Для установления текущего значения регулируемой вели­чины X в системе имеются специальные элементы получения ин­формации, которые называются измерительными элементами. Основная функция измерительного элемента — измерение регули­руемой величины (температуры, давления, запыленности и т. п.) и ее преобразование в электрический, пневматический или ги­дравлический сигналы, удобные для подачи последующим эле­ментам системы. Измерительными элементами, как правило, являются первичные преобразователи аналогового или дискрет­ного действия.

Сигналы задающих органов (органов настройки), как и выход­ные величины измерительных элементов, могут иметь различную физическую природу. В связи с этим задающие органы могут быть электрическими, механическими, пневматическими и т. п. В, элек­трических регуляторах, где выходным является электрический сигнал, задающие органы выполняются в виде резисторов, рео­статов или потенциометров. В механических, гидравлических и пневматических регуляторах задающие органы выполняются в виде винтов, пружин или неподвижных опор.

Элементы сравнения могут иметь различные схемы, определяе­мые природой сравниваемых сигналов. Например, при сравнении электрических сигналов используются такие элементы, как рези­сторы, конденсаторы и другие элементы, а при сравнении меха­

нических величин — рычажные устройства. Заметим, что сигнал рассогласования характеризуется не только величиной, но и знаком.

В большинстве регуляторов сигнал рассогласования обладает небольшой мощностью, и поэтому его усиливают до значения, позволяющего управлять или приводить в действие исполнитель­ный механизм.

Усиление сигнала, осуществляемое в усилительных элементах,

достигается изменением потока вспомогательной энергии, посту­пающей от усилителя к исполнительному механизму в соответ­ствии со знаком и значением рассогласования.

Элементы автоматических устройств, использующие инфор­мацию о сигнале рассогласования (исполнительные элементы), предназначены для оказания регулирующего воздействия на объект регулирования с целью уменьшить рассогласования между текущими и заданными значениями регулируемой величины. В одних случаях это приводит к изменению потока энергии или топлива к регулируемому объекту (печи), в других — к измене­нию потока жидкости (закалочные баки), пара, воздуха, газа и т. п. Исполнительные элементы состоят из исполнительных механизмов и регулирующих органов.

Для улучшения характера переходных процессов системы автоматического регулирования и повышения качества регулиро­вания в систему регулирования могут вводиться стабилизирую­щие элементы (дополнительная обратная связь). Введение этих элементов обусловлено тем, что регулируемая величина обычно не сразу достигает заданного значения, и, если не принимать специальных мер, регулирование затягивается, сопровождаясь колебаниями регулируемой величины относительно заданного значения. В отличие от главной обратной связи, которая свя­зывает регулируемую величину с задающим устройством, допол­нительные обратные связи передают воздействия с выхода какого- либо звена системы автоматического регулирования на вход лю­бого предыдущего звена. Сигнал дополнительной обратной связи, подаваемый на вход, может либо складываться с входным сигна­лом (положительная дополнительная обратная связь), либо вычи­таться из входного сигнала (отрицательная дополнительная обратная связь). В системах автоматического регулирования чаще всего используют отрицательную дополнительную связь.

В зависимости от характера воздействия дополнительная обратная связь подразделяется на жесткую и гибкую. Жесткая дополнительная обратная связь характеризуется передачей по ней на вход части полной выходной величины на протяжении всего времени регулирования.

Гибкая (упругая) дополнительная обратная связь (изодром) характеризуется передачей по ней на вход первой или второй производной от измерения выходной величины по времени. У гиб­кой дополнительной обратной связи сигнал на выходе суще-

ствует только тогда, когда сигнал изменяется во времени. Таким образом, гибкая дополнительная обратная связь позволяет осу­ществлять регулирование входной величины по скорости и уско­

2. ОБЫКНОВЕННЫЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

рению и тем самым значительно ускоряет процесс регулирования и улучшает его качество. Гибкая обратная связь начинает дей­ствовать только при изменении выходной величины, и ее действие прекращается после возвращения системы к установившемуся состоянию. В связи с этим иногда ее называют «исчезающей» обратной связью.

Системы автоматического регулирования могут основываться на трех принципах: регулирования по отклонению, регулирова­ния по возмущению и комбинированном принципе регулирования, когда совмещаются принципы регулирования по отклонению и возмущению.

Принцип регулирования по отклонению заключается в том, что процесс регулирования осуществляется по значению регулируемой величины, которое сравнивается с заданным ее значением. При на­личии сигнала рассогласования регулятор воздействует на объект, чтобы привести к равновесию регулируемую и заданные величины.

Принцип регулирования по возмущению состоит в том, что из нескольких возмущений, воздействующих на объект, выбира­ется одно и определяется его влияние на регулируемую величину. Возмущение воздействует с помощью управляющего устройства на регулирующий орган объекта управления. В системах регу­лирования по возмущению вместо измерения рассогласования в измерительном элементе регулятора измеряется возмущение. Недостатком подобной системы является то, что она компенси­рует влияние только одного основного возмущения и не может предотвратить влияние на регулируемую величину других воз­мущающих воздействий, чаще всего неконтролируемых.

Комбинированные системы сочетают в себе оба рассмотренных принципа.

Системы автоматического регулирования классифицируются по разным признакам.

По виду применяемой энергии — электрические, пневматиче­ские, гидравлические и механические.

По виду структуры — обыкновенные и самонастраивающиеся.

По виду функциональной связи между входными и выходными величинами элементов, входящих в системы автоматического регулирования, последние делят на системы непрерывного и пре­рывистого действия. В системах непрерывного действия непре­рывному изменению входных величин всех элементов соответ­ствует непрерывное изменение выходных величин этих элементов.

Системы автоматического регулирования относятся к систе­мам прерывистого (дискретного) действия, если непрерывному изменению входной величины хотя бы одного элемента, входящего в состав системы, соответствует прерывистое изменение выходной величины этого элемента.

Обыкновенными системами являются стабилизирующие, программные и следящие системы автоматического регулиро­вания.

Стабилизирующие автоматические системы предназначены для поддержания постоянного значения регулируемой величины в не­которых пределах с заданной точностью. Такие системы широко используются для стабилизации температуры в рабочем простран­стве плавильных и термических печей, уровня жидкости в зака­лочном баке, разрежения в вакуумных печах и т. д.

Примером может служить автоматическая система стабилиза­ции температуры в термостате (рис. 120), в котором тепловая энергия поступает от нагревательного элемента НЭ. Чувстви­тельным элементом в схеме является контактный термометр КТ. При повышении температуры выше заданного значения возбу­ждается реле К, и его размыкающий контакт, включенный в цепь нагревательного элемента, размыкается. При понижении темпе­ратуры реле К обесточивается, и нагревательный элемент вклю­чается.

Любая система регулирования характеризуется зависимостью между регулируемой величиной и внешним воздействием на объект регулирования. По виду таких зависимостей, называемых регулировочными характеристиками, различают стабилизирую­щие системы статического и астатического регулирования.

Рассмотрим две схемы регулирования уровня воды в напор­ном баке (рис. 121).

В первой схеме (рис. 121, а) поплавок 1 механически связан с задвижкой 2 (регулирующим органом). При увеличении расхода воды из бака уровень воды понижается, и опускающийся попла­вок изменяет положение задвижки, увеличивая пропускное сече­ние питающей трубы и, как следствие этого, количество поступа­ющей в бак воды. Это приведет к тому, что уровень жидкости начнет повышаться, и поднимающийся поплавок переместит задвижку. Равновесие наступит, когда приток воды будет равен расходу. Чем больше будет' расход воды, тем больше будет от­крыта задвижка. В этой схеме с возра­станием расхода воды значение регули­руемой величины Я будет уменьшаться.

Такое регулирование, когда после окон­чания переходного процесса регулируемая величина принимает различные постоян­ные значения, называют статическим регулированием.