Меню

Лабораторная работа автоматические регуляторы



Автоматические регуляторы и типовые законы регулирования

А.Р. Герке, А.В. Лира, М.Ю. Перухин

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И ТИПОВЫЕ ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Казанский государственный технологический университет»

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И ТИПОВЫЕ ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Лабораторная работа № 8

Автоматические регуляторы и типовые законы регулирования

Цель работы:

1) Ознакомиться с основными элементами автоматической системы регулирования.

2) Ознакомиться с типовыми законами регуляторов.

3) Изучить микропроцессорные измерительно-регулирующие устройства (на примере микропроцессорного измерителя-регулятора типа ТРМ 10).

Теоретическая часть

Автоматический регулятор – это устройство, которое, сравнивая текущее значение регулируемой величины с заданным, воздействует на технологический процесс таким образом, что текущее значение регулируемой величины автоматически поддерживается равным заданному.

Система автоматического регулирования (САР) – совокупность объекта регулирования и авторегулятора, взаимодействующих между собой.

На рис.1 представлена структурная схема замкнутой САР.

Рис. 1. Функциональная схема САР. Обозначение элементов схемы: Д- датчик; ЭС- элемент сравнения; З- задатчик; УЭ- управляющий элемент; У- усилитель; ИУ- исполнительное устройство; ОС- обратная связь; ИЭ- источник энергии; f- возмущение (внешний фактор).

Задачей автоматического регулирования является поддержание заданных параметров, определяющих условия протекания технологического процесса без участия человека. Факторы, влияющие на состояние процесса в объекте, называются воздействиями.

На рис.2 приведена упрощенная структурная схема САР.

Рис. 2. Структурная схема САР.

На объект регулирования действует возмущающее воздействие f, в результате чего возникает разность между текущим sи заданным sззначениями регулируемой величины — сигнал рассогласования:

Ds =(s — sз).

По величине сигнала рассогласования регулятор вырабатывает регулирующее воздействие m. При необходимости изменить параметр регулирования Хвых изменяют величину задающего воздействия sз.

Одной из основных характеристик регулятора является закон регулирования.

Закон регулирования – функциональная связь между входными выходным значениями регулятора. Под входной величиной регулятора понимается сигнал рассогласования Ds,а под выходной величиной — его регулирующее воздействие m, которое вызывает перемещение регулирующего органа. При этом целенаправленно изменяются материальные, энергетические потоки вводимые в объект регулирования или выводимые из него, вследствие чего регулируемая величина возвращается к заданному значению. Следовательно, закон регулирования выражается зависимостью: m = ƒ(Ds). По виду этой зависимости в теории автоматического регулирования различают пять видов законов регулирования и соответственно пять видов регуляторов с непрерывным законом регулирования: П – пропорциональный, И – интегральный, ПИ – пропорционально-интегральный, ПД – пропорционально-дифференциальный, ПИД – пропорционально-интегрально-дифференциальный.

1. Пропорциональный закон регулирования (П-регулятор)

П-регулятор – регулятор, у которого выходная величина изменяется пропорционально входной.

Ниже приведена структурная схема САР с использованием П-регулятора и переходная характеристика (рис. 3-4).

Читайте также:  Блок регулятор для галогеновых ламп

Рис.3. Структурная схема

Рис. 4. Переходная характеристика

идеального П-регулятора

Достоинства: хорошо работает в неустановившихся режимах, простота конструкции и низкая стоимость

Недостатки: наличие остаточного отклонения регулируемого параметра, т.е. текущее значение регулируемой величины немного не достигает заданного значения.

2. Интегральный закон регулирования (И-регулятор)

И-регулятор – регулятор, у которого изменение регулирующего воздействия m пропорционально интегралу входной величины Ds.

Ниже приведены структурная схема САР (рис. 5) с использованием И-регулятора и переходная характеристика для идеального (рис. 6) и реального (рис.7) интегрального регулятора.

Рис. 5. Структурная схема.

Рис. 6. Переходная характеристика

идеального И-регулятора.

Рис. 7. Переходная характеристика

реального И-регулятора.

Достоинства: высокая точность, отсутствие остаточного отклонения регулируемого параметра.

Недостатки: плохо работает в неустановившихся режимах, низкая скорость регулирования

3. Пропорционально-интегральный закон регулирования (ПИ-регулятор)

ПИ-регулятор— регулятор представляет совокупность П- и И-регуляторов.

Ниже приведены структурная схема САР (рис. 8) с использованием ПИ-регулятора и переходная характеристика для идеального (рис. 9) и реального (рис.10) пропорционально-интегрального регулятора.

Рис. 8. Структурная схема.

Рис. 9. Переходная характеристика

идеального ПИ-регулятора

Рис. 10. Переходная характеристика

реального ПИ-регулятора.

Достоинства: хорошо работает в неустановившимся режиме, имеет высокую точность без остаточного отклонения, качество выше чем у П и И регуляторов.

Недостатки: процесс регулирования осуществляется дольше, чем у П — регулятора.

4. Пропорционально-дифференциальный закон регулирования (ПД-регулятор)

ПД – регулятор – регулятор, у которого изменение регулирующего воздействия m пропорционально отклонению регулируемой величины Ds и скорости этого отклонения.

Регулирующий орган перемещается с некоторым опережением (предварением) пропорциональным скорости изменения регулируемой величины, поэтому действие предварения представляет временное увеличение коэффициента усиления регулятора.

Ниже приведены структурная схема САР (рис. 11) с использованием ПИ-регулятора и переходная характеристика для идеального (рис. 12) и реального (рис.13) пропорционально-дифференциального регулятора.

Рис. 11. Структурная схема.

Рис. 12. Переходная характеристика

идеального ПД-регулятора

Рис. 13. Переходная характеристика

реального ПД-регулятора.

Достоинства: сокращенное время регулирования.

Недостатки: вероятность появления ошибки регулирования, если временные свойства объекта не постоянны.

5. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор)

ПИД – регулятор – регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально отклонению регулируемого параметра, интегралу и скорости этого отклонения.

Ниже приведены структурная схема САР (рис. 14) с использованием ПИД-регулятора и переходная характеристика для идеального (рис. 15) и реального (рис.16) пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора.

Рис. 14. Структурная схема.

Рис. 15. Переходная характеристика

идеального ПИД-регулятора

Рис. 16. Переходная характеристика

реального ПИД-регулятора.

Достоинства: сочетает достоинства П-, И-, ПД-, ПИ- регуляторов.

Читайте также:  Схема мембранного регулятора давления

Недостатки: высокая стоимость.

Содержание работы

1. Изучить устройство лабораторной установки и размещенных на ней средств автоматизации.

2. Экспериментально определить динамические переходные характеристики П-, И-, ПИ-, ПД-, ПИД-регуляторов.

3. Экспериментально определить статические характеристики П и ПД регуляторов.

4. На основе экспериментальных данных построить графики статических и динамических переходных характеристик и сравнить их с характеристиками идеальных регуляторов.

Дата добавления: 2015-08-01 ; просмотров: 9216 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Автоматические регуляторы

Лабораторная работа

Беларусь, Минск

БНТУ, ФИТР

2 руб.

* Кроме файла с работой, также есть архив с дополнительными файлами.

Описание дополнительных файлов:

model.slx — модель переходной характеристики передаточной функции последовательной формы реализации ПИД-регулятора

Фрагменты для ознакомления

Цель работы: изучение основных законов регулирования, осуществляемых непрерывными регуляторами, работающими по отклонению.

Задание 1.

Построить переходные характеристики И- регулятора (2) при различных значениях единственного параметра Ти (постоянная интегрирования).

Интегральный регулятор (И-регулятор)

Задание 2.

Построить переходные характеристики П- регулятора (4) при различных значениях единственного параметра Кр (коэффициент передачи).

Пропорциональный регулятор (П-регулятор)

П-регулятор имеет один параметр настройки Кр – коэффициент передачи (усиления или пропорциональности) и соответствует типовому усилительному (пропорциональному) звену.

Источник

Лабораторная работа по Автоматике

Лабораторная работа по Автоматике

Лабораторная работа

Исследование работы системы автоматического регулирования (САР) температуры

Цель работы: Изучение установки для измерения уровня жидкости и автоматического регулирования ее температуры.

Краткие теоретические сведения

Одним из видов автоматизации является автоматическое регулирование. Любой технологический процесс сопровождается воздействием различных факторов-возмущений, нарушающих нормальное его протекание и вызывающих отклонение контролируемых параметров от заданных значений. Кроме того, для многих технологических процессов характерно программное изменение этих параметров. Устройства автоматического регулирования — регуляторы, предназначены поддерживать указанные параметры в заданном диапазоне, обеспечивая тем самым сохранение технологического режима при любых возмущениях.

Системы автоматического регулирования по своей структуре могут быть разомкнутыми или замкнутыми.

Разомкнутая САР предназначена для автоматического выполнения операций, которые задаются внешними источниками воздействий на входе этой системы, при этом процесс управления не зависит от конечного результата.

Замкнутая система автоматического регулирования предназначена для автоматического выполнения операций с зависимостью процесса управления от конечного результата. В этой системе предусмотрена цепь, соединяющая (замыкающая) выход системы с устройством, где происходит сравнение выходного откорректированного сигнала системы — действительного значения управляемой величины с заданной. Благодаря этому сравнению в системе автоматически вырабатывается управляющее воздействие, изменяющее (поддерживающее) значение контролируемого параметра.

Оборудование :

Установка для измерения уровня жидкости и автоматического регулирования ее температуры.

1. Прибор для измерения уровня жидкости и регулирования ее температуры.

Читайте также:  Выкидываем регулятор давления тормозов

2. Бачок с нагревательным элементом и датчиком уровня жидкости.

11,

Основные характеристики установки.

Установка предназначена для автоматического регулирования заданной температуры и контроля уровня жидкости в бачке. Установка работает от сети переменного тока напряжением 220В. Диапазон регулирования температуры: +10 ÷ +50 º С. Н оминальная мощность нагревательного элемента 0,8 кВт. Внешний вид установки приведен на рисунках 1 и 2. Электрическая схема установки приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная электрическая схема прибора.

Описание работы электрической схемы

Измеритель уровня состоит из трансформатора, выпрямительного моста, тумблера, предохранителя, миллиамперметра и переменного сопротивления, при изменении сопротивления которого изменяются значения параметров цепи и показания миллиамперметра.

Регулятор температуры состоит из выпрямительного моста V 1- V 4, тиристора V 5, узла управления тиристором на транзисторах V 6, V 8 и узла термодатчика на транзисторе V 9.

Нагревательный элемент включается в гнезда Х1 и Х2. Если проходящий ток через терморезистор R 7 создает на подстроечном резисторе R 8 падение напряжения больше 1,2 В, транзисторы V 8 и V 9 открыты, V 6 закрыт. Ток через тринистор V 5 и нагреватель не проходит. При остывании терморезистора его сопротивление увеличивается. Это приводит к уменьшению падения напряжения на подстроечном резисторе R 8. Как только падение напряжения станет меньшим 1,2 В, транзисторы V 8 и V 9 закрываются. Проходящий ток в начале каждого полупериода через резисторы R 2, R 5 и цепь базы открывает транзистор V 6. Тринистор V 5 открывается, пропуская номинальный ток через нагреватель. После повышения температуры сопротивление терморезистора уменьшается и нагреватель отключается.

Порядок выполнения работы

1. Вставить разъем прибора в гнездо датчика уровня, а вилку нагревателя в гнездо «Нагреватель».

2. Тумблеры прибора «Уровень жидкости», «Нагреватель» поставить в положение «ОТКЛ».

3. Вставить вилку в розетку электросети 220 В.

4. Включить тумблер «Уровень жидкости».

5. Залить жидкость в бачок до верхнего уровня, наблюдая за показаниями прибора «Уровень».

6. Погрузить термометр в жидкость рядом с нагревателем.

7. Выставить ручкой «Регулятор температуры» необходимую температуру жидкости.

8. Включить тумблер «Нагреватель», при этом загорится контрольная лампа.

9. По достижении заданной температуры контрольная лампа гаснет.

10. Автоматический контроль заданной температуры осуществляется термодатчиком.

11. Наблюдать по термометру за изменением температуры и периодическим включением – отключением нагревателя.

Меры предосторожности: после отключения прибора от электрической сети воду из бачка сливать через 15-20 мин во избежание перегорания нагревателя.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы установки для измерения уровня жидкости и автоматического регулирования температуры.

2. Поясните назначение отдельных элементов конструкции установки.

3. Назовите основные характеристики прибора.

Источник