Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

Лабораторная работа 5. Экспериментальное опреде­ление динамических характеристик объектов регулирования

Содержание работы. Овладеть методами и навыками определе­ния основных свойств объекта регулирования.

Описание лабораторной установки. В качестве объекта регу­лирования в работе рассматривается лабораторная электриче­ская печь сопротивления, а для записи кривой разгона исполь­зуется самопишущий потенциометр ЭПП-09. В схеме лаборатор* ной установки для определения кривой разгона 'электрической печи (рис. 128) электронагреватели Н включены в сеть через ре­зистор /<?/, рассчитанный на понижение напряжения с 220 В до 190 В. Печь 2 нагревается до установления постоянной темпера­туры, которая фиксируется с помощью системы, состоящей йз термопары ТП (первичный преобразователь), подключенной к по­тенциометру 1. После стабилизации температуры дается выдержка

2. ... 3 мин. Затем включается потенциометр и замыкается кон­такт ОБ. В результате напряжение на нагревательных элементах повышается примерно на 15 %. Это изменение напряжения соот­ветствует скачкообразному изменению возмущения, которое будет

зафиксировано через резистор К2 потенциометром. Одновременно по­тенциометр ведет запись £ = f (т), т. е. кривую разгона объекта.

л

ниях. Сначала контакт замы­кается, а затем, после установления нового установившегося режима,

контакт <35 размыкается.

Рис. 128. Схема лабораторной установки для построения кри­вых разгонв

Снимают кривые разгона. По кри­вым разгона методом касательных определяются следующие свойства

объекта: полное запаздывание т_п, постоянная времени объек­та Т, степень самовыравнивания р и скорость разгона е.

Содержание отчета. Отчет должен содержать принципиаль­ную схему и описание установки, кривые разгона и основные свойства объекта регулирования, паспортные данные печи, тер­мопары и потенциометра ЭПП-09. Отчет заканчивается выводами по работе.

Глава 16. Типы регуляторов

1. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ

Основная функция регулятора состоит в том, чтобы выявить отклонение регулируемой величины от заданного зна­чения, усилить это отклонение и преобразовать в перемещение исполнительного механизма или в управляющий сигнал регули­рующего органа. Иными словами, автоматический регулятор — это комплекс устройств, предназначенных для измерения регу­лируемой величины, сопоставления ее с заданной и оказания регулирующего воздействия на процесс для устранения выявлен­ного отклонения. Каждую из перечисленных функций выполняет определенная часть регулятора, который состоит из следующих узлов: чувствительного (измерительного) элемента, управляющего устройства с задатчиком, исполнительного механизма и регули­рующего органа.

В литейных и термических цехах для автоматизации различ­ных технологических процессов используют множество регуля­торов, различающихся разнообразными признаками и конструк­цией. Наиболее целесообразно классифицировать регуляторы по таким признакам, которые отражают и их конструктивные осо­

бенности. Эти классификации позволяют выявить также стороны регуляторов, которые трудно усмотреть в общей классификации, изложенной в гл. 1.

Регуляторы могут быть классифицированы по способу дей­ствия, по виду вспомогательной энергии и т. п.

Согласно первой классификации различают регуляторы пря­мого и косвенного (непрямого) действия. В регуляторах прямого действия измерительный элемент непосредственно воздействует на регулирующий орган. Эти регуляторы просты по устройству и надежны в работе, однако они обладают рядом недостатков: большая зона нечувствительности, малые пределы регулирования и невозможность дистанционного управления. В регуляторах косвенного действия регулирующий орган перемещается за счет энергии, получаемой от постороннего источника.

По виду вспомогательной энергии регуляторы косвенного действия подразделяются на гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные. Гидравлические регуляторы обеспечивают плавное регулирование в широком диапазоне и создают большие усилия на регулирующий орган. Они надежны и удобны в эксплуатации, но имеют ограниченный радиус дей­ствия, определяемый длиной гидравлического трубопровода. Пнев­матические регуляторы обладают рядом положительных качеств, свойственных гидравлическим. Однако они сравнительно легко засоряются и поэтому требуют применения дополнительных воз­душных фильтров. Характеристики пневматических регуляторов зависят от температуры и давления окружающей среды. Электри­ческие регуляторы имеют практически неограниченный радиус действия, их работа мало зависит от температуры и давления окружающей среды. При конструировании комбинированных ре­гуляторов стремятся использовать положительные характери­стики каждого вида вспомогательной энергии.

По роду действия, т. е. по виду управляющего воздействия на регулирующий орган, различают регуляторы непрерывного и пре­рывистого (дискретного) действия. В регуляторах непрерывного действия регулирующий сигнал подается на исполнительный механизм непрерывно при наличии отклонения регулируемой величины от заданного значения. В регуляторах прерывистого (дискретного) действия регулирующий сигнал подается на испол­нительный механизм через определенные интервалы времени. В паузах регулятор как бы оценивает произведенное им воздей­ствие на регулируемый объект и формирует новый регулирующий сигнал с учетом произведенного воздействия.

По виду регулируемой величины различают регуляторы тем­пературы, давления, расхода, уровня и т. д.

По конструктивному исполнению регуляторы могут быть приборными, аппаратными и агрегатными. Приборные регуляторы содержат измерительное устройство, которое одновременно вы­дает сигнал на измерительный прибор, регистрирующий значение контролируемой величины, и сигнал управления. К приборным регуляторам относятся электронные потенциометры, автоматиче­ские мосты, логометры и т. п.'В регуляторах аппаратного типа вырабатывается только управляющий сигнал. В состав таких регуляторов входят измерительный блок и электронное устрой­ство, формирующие законы регулирования. В регуляторах агре­гатного типа преобразовательно-усилительный блок сравнивает сигналы первичного преобразователя и задатчика и формирует выходной сигнал.

2. РЕГУЛЯТОРЫ ПРЕРЫВИСТОГО (ДИСКРЕТНОГО)

ДЕЙСТВИЯ

Регуляторы прерывистого действия подразделяются на позиционные, импульсные и цифровые.

Позиционными (релейными) называют регуляторы, у которых регулирующий орган может занимать определенное число поло­жений. В литейных и термических цехах используются в основном двух- и трехпозиционные регуляторы.

В двухпозиционных регуляторах регулирующий орган может занимать только два положения: больше-меньше, включено- выключено или открыто-закрыто. Количество энергии или веще­ства, подводимое к объекту или отводимое от объекта при уста­новке регулирующего органа в положение «больше», будет.пре­вышать среднюю потребность, а в положении «меньше» будет ниже нее. Например, при регулировании температуры в электри­ческой печи регулятор при значении регулируемой величины ниже заданного значения включает нагревательные элементы, а при превышении — выключает. Отклонения температуры от заданного значения оказывают влияние на длительность включе­ния и выключения нагревательных элементов. При таком способе регулируемая величина колеблется относительно заданного зна­чения.

Изменение мощности и регулируемой температуры во времени при двухпозиционном регулировании температуры печи пока­зано на рис. 129. Величины и определяют возможные ста­бильные температуры печи, соответствующие длительному вклю­чению нагревательных элементов с мощностями N₁ и соответ­ственно. Значения мощностей выбраны таким образом, чтобы заданная температура 4ад находилась в интервале темпера­тур Ь и

Основные параметры такого процесса могут быть определены по приближенной формуле

^т ^_{1 + Л}Г₂ Т ’

где — отклонение температуры от заданного значения,°С;

209

Рис. 129. Изменение при дпухпозйци- Рис. 130. Графическое изображение онном регулировании: действия импульсного регулятора

а — температуры; б — мощности

Л/, и Л/_а — мощности нагревательных элементов, кВт; т_ц — время запаздывания, с; Г — постоянная времени объекта, с.

Как видно из формулы, колебания регулируемой темпера­туры уменьшаются при уменьшении регулируемой мощности Л/]. — ЛГ_а, времени запаздывания т_ц и увеличении постоянной времени объекта Т.

Уменьшение регулируемой МОЩНОСТИ Ы_г — Л* вызывает сбли­жение температур 1_Х и /₂ до заданной температуры /_аад.

В тех случаях, когда не требуется высокая точность регули­рования, мощность Л/₂ можно принимать равной нулю, а мощ­ность N! — равной максимальной мощности, т. е. регулировать по принципу включено-выключено.

Колебание температуры снижается при уменьшении времени полного запаздывания т_ц. Здесь под запаздыванием понимается не только время запаздывания объекта, но и время запаздывания самого регулятора. Следовательно, колебания температуры могут быть уменьшены путем выбора регулятора с меньшим диапазоном нечувствительности 2Д/_Н-

Колебание температуры уменьшается при увеличении постоян­ной времени объекта Т. Поэтому чем больше емкость объекта, тем благоприятнее осуществляется двухпозиционное регулирование.

Одним из основных недостатков двухпозиционного регулирова­ния является невозможность сочетания быстрого нагрева (для этого необходима большая мощность) и высокой точности регу­лирования, для которой требуется небольшая избыточная мощ­ность.