Файл: Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник.pdf

сов. Такими параметрами (рис. 16) являются: высота или ам­ плитуда импульсов h, длительность или ширина импульсов а, расстояние между импульсами или период повторения ß. Отно­

гулирующего органа, воздействующего на объект регулирова­ ния для приведения регулируемой величины к заданному зна­

чению.

Релейные системы регулирования идоеют в качестве одного из основных звеньев реле, поэтому непрерывное изменение ре­ гулируемой величины вызывает прерывистое (релейное) действие регулирующего воздействия. Работа релейного элемента харак­ теризуется тем, что при достижении регулируемой величиной по­ рогового значения его входная величина скачкообразно воз­

растает.

Примером релейного элемента является электромагнитное реле, сердечник которого притягивается только при достижении током катушки определенного значения. При этом замыкаются контакты реле в коммутирующей цепи.

На рис. 17 приведена САР релейного действия, назначение которой состоит в поддержании постоянства температуры жидко­ сти, заключенной в емкости / с помощью нагревательного эле­ мента 2 при прохождении через него тока. Контактный термо­ метр 3 измеряет температуру в объекте. Его контакты КН и КВ замыкаются ртутным столбиком при достижении температуры

заданного значения.

В начальной стадии нагревания жидкости контакты тока, протекающего через спираль нагревательного элемента, замкну­ ты, а контакты термометра разомкнуты, реле 4 обесточено. При повышении температуры до заданного значения контакты тер­ мометра замыкаются и включают реле, которое своим контактом обесточивает спираль нагревательного элемента, и жидкость на­ чинает охлаждаться. Это приводит к размыканию реле и подаче тока в нагреватель. Таким образом, температура жидкости будет колебаться относительно среднего значения, близкого к задан­ ному. Задатчиком системы является уставка контакта термо­

метра на нужную величину.

Примером релейной системы может служить также система управления работой бытового холодильника.

В зависимости от числа возможных положений регулирую­ щего органа релейные системы бывают двух- и трехпозици­ онными. Двухпозиционные системы имеют два возможных положения регулирующего органа «открыто—закрыто» или «включено—выключено». В трехпозиционных системах к этим положениям прибавляется еще и третье, обычно промежуточное положение.

26

На рис. 18 приводятся характеристики трехпозиционной си­ стемы автоматического регулирования. При отклонении регули­ руемой величины в большую сторону от заданного значения уо и достижении порогового значения z/oi выходной сигнал, пода­ ваемый на исполнительный механизм, будет иметь вид импуль­ сов постоянной высоты h0, переменной длительности сц, осг, аз и с переменным периодом повторения Ть 7V

При отклонении регулируемой величины в меньшую сторону от заданной величины у0 пороговое значение наступит при у<к,

быстродействием, однако они имеют меньшую точность регу­ лирования по сравнению с импульсными и непрерывными си­ стемами.

3. По характеру действия системы автоматического регули­ рования подразделяются на астатические, пропорциональные, изодромные и с предварением.

Астатическая система регулирования управляет регулирую­ щим органом до тех пор, пока регулирующая величина не дости­ гнет заданного значения. Регулирующий орган при одном и том же значении регулируемой величины может занимать любое положение. Другая особенность астатической системы регули­ рования заключается в том, что при изменении регулируемой величины скорость регулирующего воздействия зависит от ве­ личины рассогласования. Например, серводвигатель системы бу­ дет вращаться со скоростью, пропорциональной отклонению ре­ гулируемой величины от заданного значения, до тех пор, пока такое отклонение не станет равным нулю. По мере того как уменьшается величина отклонения, уменьшается и скорость вра­ щения серводвигателя. Такой метод регулирования характери­ зуется тем, то регулирующее воздействие пропорционально

27

интегралу изменения регулируемой величины во времени, т. е.

Коэффициент с называют коэффициентом пропорционально­ сти. Регулятор, действующий на таком принципе, называется также интегральным регулятором, или //-регулятором.

На рис. 19 приведен пример астатической системы регули­ рования. Уровень жидкости в бассейне, из которого жидкость откачивается насосом /, поддерживается астатической системой

Рис. 19. Пример астатической системы регулирования

а — блок-схема; б — кривые переходного процесса

регулирования. При изменении уровня жидкости вследствие имеющих место в системе возмущений поплавок 2 переместится, изменится сигнал датчика Д, подключенного к регулирующему прибору Р, который управляет с помощью серводвигателя ис­ полнительного механизма ИМ регулирующим органом 3 про­ порционально сигналу рассогласования. Уровень жидкости по­ степенно приближается к заданному значению и даже может,

перейти его.

В этом случае возникнет напряжение рассогласования об­ ратного знака, и исполнительный механизм начнет перемещать регулирующий орган в обратную сторону. В результате такого действия достигается заданный уровень.

На рис. 19, б показаны кривые переходного процесса регули­ рования Q помощью астатического регулятора при различных скоростях регулирования ѵ. Все три кривые соответствуют оди­ наковым параметрам объекта и возмущениям. Из графиков видно, что при уменьшении скорости регулирования от щ до ѵ2 степень затухания возрастает, а время регулирования умень­ шается. При этом несколько увеличивается максимальное откло­ нение регулируемой величины, но в целом при ѵ2 система обла­ дает более высокими динамическими качествами. Дальнейшее уменьшение скорости регулирования до Ѵз приводит к апериоди­

28

ческому процессу. Чрезмерное снижение скорости регулирования может привести к недопустимому максимальному отклонению регулируемой величины и к затягиванию переходного процесса. Астатический регулятор достаточно точно поддерживает регу­ лируемую величину, процесс регулирования протекает сравни­ тельно медленно.

Астатические регуляторы применяются для управления объ­ ектами с большим самовыравниванием, с незначительным за­ паздыванием и с малыми по величине возмущениями.

Рис. 20. Пример пропорциональной системы регулиро­ вания

а — блок-схема системы; 6 — кривые переходного процесса

Пропорциональная система регулирования перемещает регу­ лирующий орган пропорционально отклонению регулируемой ве­ личины от задания. Чем больше отклоняется регулируемая ве­ личина от заданного значения,' тем больше перемещается регу­ лирующий орган. Уравнение пропорциональной системы регули­ рования имеет вид

x=ky,

где k — передаточный коэффициент системы.

Каждому значению регулируемой величины соответствует вполне определенное положение регулирующего органа. Регуля­ тор, действующий на таком принципе, называется также П-ре- гулятором, или статическим регулятором.

Особенностью пропорциональной системы регулирования яв­ ляется остающееся всегда некоторое отклонение от заданного значения, называемое статической ошибкой или статизмом си­ стемы. Под статической ошибкой системы понимается отношение отклонения регулируемой величины от заданного значения Ау к заданной величине уо

s = Ay/y0.

29

Примером пропорциональной системы регулирования может служить система регулирования уровня в емкости с жидкостью (рис. 20). Блок-схема пропорциональной системы отличается от блок-схемы, приведенной на рис. 19, введением жесткой обрат­ ной связи (линия с). Такая связь выхода системы с ее входом, стремящаяся скомпенсировать отклонение регулируемой вели­ чины, называется отрицательной жесткой обратной связью.

Возмущения в системе могут возникнуть за счет изменения количества жидкости, откачиваемой насосом, или за счет изме­ нения давления в трубопроводе, питающем бак. При наличии возмущений в системе уровень жидкости в баке начнет изме­ няться. Датчик, передавая на регулирующий прибор сигнал об изменении уровня, выводит регулирующий прибор из равнове­ сия, и исполнительный механизм начинает перемещать регули­ рующий орган, изменяя подачу воды. Одновременно с этим жесткая обратная связь будет воздействовать на регулирующий прибор и сбалансирует его раньше, чем регулируемая величина вернется к заданному значению. Разность между установив­ шимся и заданным значениями регулируемой величины зависит от жесткой обратной связи системы и определяет ее статиче­ скую точность.

Жесткой обратной связью в большинстве случаев охваты­ вают часть элементов системы регулирования. Тогда основной па­ раметр настройки — передаточный коэффициент — определяется не только коэффициентом обратной связи, но и коэффициентом усиления элементов, не охваченных жесткой обратной связью. На блок-схеме рис. 20, а таким элементом является датчик уровня. Коэффициентом усиления служит чувствительность сиг­ нала датчика.

Для увеличения передаточного коэффициента системы нужно повысить коэффициент усиления элементов системы, не охвачен­ ных жесткой обратной связью, или уменьшить коэффициент об­ ратной связи, и наоборот. На рис. 20, б приведены кривые пере­ ходного процесса регулирования при различных передаточных коэффициентах. Кривые показывают, что с увеличением переда­ точного коэффициента системы ki>k2> k 3 (или уменьшением коэффициента обратной связи) статическая ошибка системы s уменьшается si< s2< s 3, однако одновременно снижается степень затухания процесса и возрастает время регулирования. При уменьшении коэффициента обратной связи до нуля статическая система регулирования переходит в астатическую.

Статические регуляторы применяются для управления объ­ ектами при низком самовыравнивании (или без него) и при на­ личии запаздывания в объекте.

По скорости регулирования статический регулятор имеет оп­ ределенные преимущества перед астатическим. В начале про­ цесса регулирования он проявляет себя лучше астатического, так как быстрее производит действие. Астатический регулятор

30