Файл: Чижов, А. А. Автоматическое регулирование и регуляторы в пищевой промышленности учебник.pdf

Рис. 6. Классификация систем автоматического регулирования.

тического регулирования является системой автоматической стабилизации или стабилизирующей.

В системах программного регулирования заданное значение регулируемой величины не является постоянным, а изменяется по заранее известному закону (программе).

Вследящих системах регулирования закон изменения регу­ лируемой величины заранее неизвестен и определяется независи­ мыми изменениями входной величины. В таких системах входная величина является управляющим воздействием.

Всистемах экстремального регулирования автоматически поддерживается экстремальное (максимальное или минималь­ ное) значение регулируемой величины. Например, в результате

термической обработки исходного сырья получается продукт, выход которого зависит от температуры и состава исходного сырья. Технологический процесс непрерывный, поэтому макси­ мальный выход продукта получается при различных температу­ рах в зависимости от физического и химического состава сырья, который меняется произвольным образом. В этом случае мы не имеем полной начальной информации для разработки системы, поскольку закон изменения состава сырья неизвестен и, следова­ тельно, запроектировать обыкновенную систему регулирования невозможно.

Применение экстремальной системы регулирования может решить вопрос автоматизации такого технологического процесса. Система автоматического регулирования в этом случае разраба­ тывается, исходя из среднего состава сырья. Вместе с тем кон­ струкция системы должна давать возможность при ее работе с помощью специального устройства постоянно менять темпера­ туру обработки сырья и в зависимости от того, как при этом из­ меняется выход продукта, воздействовать на объект в направле­ нии обеспечения максимального выхода продукта. Если при дан­ ном составе сырья, например, рост температуры приводит к

14

увеличению выхода продукта, то система воздействует в этом направлении на температуру до тех пор, пока выход продукта не начнет уменьшаться. Таким образом, приводя постоянно тем­ пературу термообработки сырья в соответствие с его химическим и физическим составом, экстремальная система автоматически поддерживает технологический режим близким к заданному, повышая экономичность технологического процесса.

Системы автоматического регулирования с самонастраиваю­ щимися корректирующими устройствами позволяют обеспечить требуемое качество процесса регулирования при отсутствии точ­ ных данных о свойствах регулируемого объекта и характере воз­ мущающих воздействий.

По характеру воздействия регулирующего органа на объект регулирования системы автоматического регулирования могут быть непрерывными и прерывистыми; по виду статической ха­ рактеристики звеньев, входящих в систему, — линейными и не­ линейными; по виду связей между регуляторами — связанного

инесвязанного регулирования.

§3. НЕПРЕРЫВНЫЕ, ПРЕРЫВИСТЫЕ, ЛИНЕЙНЫЕ

ИНЕЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ

Н е п р е р ы в н о й с и с т е м о й автоматического регулиро­ вания называется такая система, в которой при непрерывном из­ менении регулируемой величины происходит непрерывное изме­ нение всех величин, характеризующих состояние системы. В не­ прерывной системе автоматического регулирования все звенья обязательно должны иметь непрерывные статические характе­ ристики.

П р е р ы в и с т о й с и с т е м о й автоматического регулиро­ вания называется такая система, в одном из звеньев которой на­ рушается непрерывное изменение какой-либо величины при не­ прерывном изменении регулируемой величины. Прерывистые си­ стемы делятся на релейные и импульсные (дискретные).

Р е л е й н о й с и с т е м о й называется такая система, в кото­ рой имеется одно звено со статической характеристикой релейно­ го типа. Характеристика релейного типа представляет собой та­ кую зависимость между выходной и входной величинами данно­ го звена, когда при непрерывном изменении входной величины выходная величина меняется скачком при некоторых определен­ ных значениях входной величины, а в промежутке между ними остается постоянной. В качестве примера рассмотрим регулятор частоты вращения электродвигателя небольшой мощности (рис. 7, а).

При непрерывном изменении регулируемой величины (напри­ мер, частоты Q) имеет место непрерывное перемещение s муфты М центробежного механизма. В определенном положении муфты происходит замыкание контакта К, который зашунтирует сопро­

15

Статическая характеристика муфты совместно с контактом пред­ ставлена на рис. 7, б. Статические характеристики остальных звеньев этой системы являются непрерывными. Однако вся си­ стема должна рассматриваться как релейная.

Наибольшее распространение в регуляторах получили двух- н трехпозиционные релейные элементы (см. главу 3).

И м п у л ь с н о й с и с т е м о й автоматического регулирова­ ния называется такая система, в которой прерывистым звеном является импульсный элемент. Импульсный элемент — это уст­ ройство, преобразующее непрерывное изменение входной вели­ чины в отдельные импульсы. Наиболее часто используются два типа импульсных элементов. Импульсные элементы первого типа формируют на выходе равноотстоящие импульсы одинаковой длительности т, амплитуда которых пропорциональна входной величине (рис. 8,а, б). Период следования импульсов обозначен Т0 (амплитудно-импульсная модуляция). Импульсные элементы второго типа формируют на выходе импульсы одинаковой ам­ плитуды, продолжительность которых пропорциональна входной величине (рис. 8,в). При этом знак импульса меняется при изме­ нении знака входной величины (широтно-импульсная модуля­ ция).

Примером импульсной системы может служить система ста­ билизации температуры (рис. 9). Чувствительным элементом служит гальванометр Г с «падающей дужкой», измеряющий силу тока в диагонали моста. Мост образован сопротивлениями R u R2, R3 и R4. Одним из плеч моста является термосопротивление Ят. Отклонение стрелки гальванометра будет пропорционально отклонению температуры в объекте регулирования ОР. Между

16

вращения эксцентрика не зависимого от данной системы приво­ да. Длительность импульсов т постоянна. Привод регулирующе­ го органа, а значит и сам регулирующий орган, перемещаются не непрерывно, а отдельными импульсами, подправляя работу объекта через равные промежутки времени.

Основной смысл введения импульсного звена в системах ав­ томатического регулирования, подобных рассмотренной, заклю­ чается в освобождении измерительного устройства регулятора от нагрузки на его входе. Это позволяет применить более точное и маломощное устройство для измерения отклонения регулируе­ мой величины, т. е. улучшить реакцию регулятора на это откло­ нение с обеспечением в то же время достаточной мощности регу­ лирующего воздействия на объект. Кроме того, при импульсном режиме уменьшается расход энергии на привод регулирующего органа.

К импульсным системам относятся также системы автомати­ ческого управления и регулирования в тех случаях, когда в зам­

жащими какие-либо нелинейности. Расчеты линейных систем хо­ рошо разработаны и более просты для практического примене­ ния. Чтобы система регулирования была линейной, необходимо, (но недостаточно) иметь статические характеристики всех звень­ ев в виде прямых линий. В действительности реальные статиче­ ские характеристики в большинстве случаев не являются прямо­ линейными. Поэтому, чтобы рассчитать реальную систему как линейную, необходимо все криволинейные статические характе­ ристики звеньев на рабочих участках заменить прямолинейными отрезками. Такая замена называется л и н е а р и з а ц и е й . Большинство систем непрерывного регулирования поддается та­ кой линеаризации.

Линейные системы подразделяются на обыкновенные и осо­ бые. К обыкновенным относятся такие системы, все звенья кото­ рых описываются обыкновенными линейными дифференциаль­ ными уравнениями с постоянными коэффициентами. К особым линейным системам относятся системы с переменными во време­ ни параметрами, которые описываются линейными дифференци­ альными уравнениями с переменными коэффициентами; системы с распределенными параметрами, где приходится иметь дело с уравнениями в частных производных, и системы с временным за­ паздыванием; импульсные системы, где приходится иметь дело

сразностными уравнениями.

Внелинейных системах при анализе процесса регулирования приходится учитывать нелинейность статической характеристики хотя бы в одном ее звене или какие-либо нелинейные дифферен-

18

циальные зависимости в уравнениях динамики сис­ темы. Иногда нелинейные звенья специально вводятся в систему для обеспечения наибольшего быстродейст­ вия. К нелинейным систе­ мам относятся прежде все­ го релейные системы. На рис. 11 изображены основ­ ные типы нелинейности. Не­ линейным будет звено, в ха­

ния насыщения или механического ограничения приводят к ха­ рактеристике с ограничением линейной зависимости на концах (рис. 11,6). К нелинейным зависимостям относятся также су­ хое трение (рис. 11,г), характеристика зазора в механической передаче (рис. 11, в) и др.

§4. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ

ИСЛЕДЯЩИЕ СИСТЕМЫ

На рис. 12 изображена схема автоматической стабилизации частоты вращения двигателя паровой машины (ОЯ) по замкну­ тому циклу. Изображенная схема относится к случаю прямого регулирования. В качестве чувствительного элемента использу­ ется муфта М центробежного механизма, грузы которого расхо­ дятся в стороны при увеличении регулируемой угловой скорости Q и сходятся при ее уменьшении. При этом муфта центробежно­ го механизма поднимается и опускается вниз, перемещая регу­ лирующий орган — задвижку 3, изменяющую подачу топлива в двигатель.

Регулирование здесь является статическим по отношению к моменту нагрузки на вал двигателя, так как для увеличения по­ дачи топлива при возрастании нагрузки грузы центробежного механизма должны опускаться, т. е. частота вращения двигателя должна несколько снизиться по сравнению с заданным значени­ ем. Изменяя натяжение пружины при помощи муфты М, можно устанавливать желаемую частоту вращения, которую регулятор должен поддерживать.

Следящие системы относятся к системам регулирования, ра­ ботающим по замкнутому циклу. В настоящее время существу­ ет значительное количество разновидностей следящих Систем. На рис. 13 показана дистанционная следящая система. Здесь роль чувствительного элемента, определяющего рассогласова­ ние, выполняют два сельсина, включенные по схеме трансформа-