Меню

Схема регулятора непрерывного действия



Системы регулирования непрерывного действия и законы регулирования

date image2014-02-02
views image3047

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

В системах автоматического регулирования непрерывного действия применяют регуляторы, у которых при получении сигнала об отклонении регулируемой величины регулирующий орган перемещается плавно и непрерывно до момента установления заданного значения регулируемой величины с определенной степенью точности, обусловленной видом регулятора.

Основной характеристикой регуляторов непрерывного действия является функциональная зависимость между отклонением регулируемой величины и перемещением регулирующего органа. Эта зависимость называется законом регулирования. Характеристики регуляторов непрерывного действия и переходные процессы регулирования в статическом объекте приведены на рис.1.9.

Рис.1.9. Характеристики регуляторов непрерывного действия

Пропорциональным (П-регулятором) называется регулятор, у которого перемещение регулирующего органа пропорционально отклонению регулируемой величины от ее заданного значения (Рис.1.9 б).

Уравнение регулятора имеет вид

где и — регулирующее воздействие регулятора; кр — коэффициент передачи (или коэффициент усиления) регулятора; ∆х, — отклонение регулируемой величины от заданного значения.

Значение коэффициента усиления равно перемещению регулирующего органа регулятора при отклонении регулируемой величины на единицу ее измерения. Коэффициент кр является параметром настройки П-регулятора. Величину, обратную коэффициенту усиления регулятора, т.е. 1/кр, называют статизмом регулятора,a величину δс=(1/кр) • 100 — пределом пропорциональности, или степенью неравномерности.Значение предела пропорциональности определяют как участок шкалы измерительного прибора, выраженный в процентах длины всей шкалы, в границах которого изменение регулируемой величины вызывает перемещение регулирующего органа из одного крайнего положения в другое. Например, если предел пропорциональности составляет 80 %, то это означает, что отклонение стрелки измерительного прибора на 80 % шкалы вызовет перемещение регулирующего органа регулятора из одного крайнего положения в другое, а отклонение стрелки на 1 % шкалы вызовет перемещение регулирующего органа на 1 /80 его полного хода. Особенность переходного процесса регулирования в системе с П-регулятором состоит в наличии остаточного отклонения (статической ошибки) δс в его конце.

Достоинством П-регулятора является малое время переходного процесса регулирования, т.е. быстродействие, недостатком — наличие статической ошибки.

Интегральным (И-регулятором) называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины (рис. 9 в).

Уравнение И-регулятора имеет вид

u = или Tи (dm/dt) = Dx

где Ти — постоянная времени регулятора, равная продолжительности перемещения регулирующего органа из одного крайнего положения в другое при максимальном отклонении регулируемой величины, с; 1/Ти — скорость перемещения регулирующего органа, пропорциональная степени отклонения регулируемой величины, с -1 .

Регулирующее воздействие И-регулятора продолжается до тех пор, пока отклонение регулируемой величины от заданного значения сведется к нулю, т.е. в конце переходного процесса регулирования величина достигает заданного значения.

В момент отключения регулирующий орган может занимать любое положение в пределах своего рабочего хода.

Параметром настройки И-регулятора является скорость перемещения регулирующего органа 1/Ти.

Достоинство И-регуляторазаключается в отсутствии остаточного отклонения регулируемой величины в конце регулирования, недостатком — относительно малая скорость (длительность) процесса. В связи с этим рекомендуется применять И-регуляторы в объектах с большим самовыравниванием при плавных изменениях нагрузки.

Пропорционально-интегральным (ПИ-регулятором)называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения и интегралу по времени от этого отклонения. Действие данного регулятора можно рассматривать как совместное действие пропорционального и интегрального регуляторов (рис.9 г).

Читайте также:  Основными регуляторами социальных отношений являются

Уравнение регулятора имеет вид

где Ти — продолжительность действия интегральной составляющей регулятора — продолжительность изодромы, с.

Регулирующее воздействие ПИ-регулятора характерно тем, что в первоначальный момент введения его при отклонении регулируемой величины от заданного значения, большое воздействие, снижающее величину отклонения за малый отрезок времени, оказывает пропорциональная составляющая. В последующем большее влияние на процесс регулирования оказывает интегральная составляющая, что обеспечивает исключение статической ошибки в конце процесса регулирования.

Степень введения пропорциональной или интегральной составляющей в ПИ-регулятор определяется соответственно величинами Кр и Ти, которые служат параметрами настройки регулятора.

Достоинство ПИ-регулятора заключается в том, что он поддерживает заданное значение регулируемой величины при возмущениях в объекте и не имеет остаточного отклонения в конце переходного процесса регулирования.

Пропорционалыю-интегрально-дифференциальным (ПИД-регулятором) называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально отклонению регулируемой величины от задания, интегралу и скорости этого отклонения (рис.2 д). Уравнение регулятора имеет вид

+ ТД [d(∆х)/dτ].

Параметрами настройки ПИД-регулятора являются параметры Кр , Ти , ТД .

Из всех рассмотренных автоматических регуляторов ПИД-регулятор наиболее сложный как по принципу действия, так по устройству и наладке. ПИД-регуляторы целесообразно применять на инерционных объектах с большим запаздыванием и жесткими технологическими требованиями к процессу регулирования. И-регулятор практического применения не имеет, а входит как составляющий в структуру сложных ПИ- и ПИД-регуляторов.

Показатели качества переходного процесса регулирования

Выделяют следующие показатели качества процесса регулирования (рис.1.10):

1. Время регулирования .

2. Степень затухания , где А1, А2 – амплитуды первого и второго колебательного процесса.

3. Статическая ошибка регулирования , в значение которой входит и зона нечувствительности регулятора.

Рис. 1.10. Примерный вид колебательного переходного процесса в системе автоматического регулирования.

Источник

Схема регулятора непрерывного действия

В конкретных Р. н. д. не все указанные выше элементы обязательно присутствуют. Так, напр., в регуляторах прямого действия измерительное устр-во непосредственно воздействует на регулирующий орган. В то же время Р. н. д. могут быть настолько сложными, что отдельные их элементы могут содержать в себе самостоятельные системы регулирования.

Функциональная блок-схема регулятора непрерывного действия.

Конструктивно Р. н. д. можно иногда выполнять в виде отдельного блока, однако в большинстве случаев составные элементы Р. н. д. располагают в разных местах регулируемого объекта.

В общем случае модель математическая Р. н. д. представляет собой систему дифф. и алгебр, ур-ний, связывающих входные и выходные величины, параметры регулятора, а также возмущения, действующие на различные элементы регулятора. В эту модель составной частью входит и оператор формирования управляющего сигнала S (е) (закон регулирования).

Синтез Р. н. д. производится с учетом ур-ний объекта регулирования, т. е. на основе полной матем. модели системы автомат, регулирования. Для изменения статических и динамических характеристик Р. н. д. с целью лучшего согласования его с объектом в Р. н. д. предусматривают различные виды настроек: настройку чувствительности в измерительных устр-вах, настройку коэфф. усиления и др. Эти настройки могут осуществляться как вручную, так и автоматически в зависимости от входного воздействия. См. также Агрегатная унифицированная система. Регулятор экстремальный.

Читайте также:  Сопротивление регулятора оборотов печки

Лит.: Основы автоматического регулирования. М., 1954 [библиогр. с. 1088—1108]; Миронов К. А., Шипетин Л. И. Автоматические регуляторы. Справочные материалы. М., 1961 [библиогр. с. 537]; Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М., 1972 [библиогр. с. 756-760].

Источник

Регуляторы непрерывного типа или как заставить машину подстраиваться под внешние условия.

ТАР-1

Каждый из нас в жизни сталкивался с ситуациями, в которых необходимо непрерывно управлять системой из-за постоянно меняющихся внешних факторов. Например, когда вы управляете автомобилем — необходимо постоянно крутить руль, подстраиваясь под кривизну дороги, а когда готовите пельмени — нужно регулировать мощность нагрева кастрюли, чтоб потом не чистить плиту и т.д. Эти и многие другие процессы требуют постоянного контроля и управления. Как вы уже наверное догадались, речь в этой статье пойдёт о том как научить интеллектуальное устройство делать это вместо вас. Но обо в сём по порядку. Поехали…

Во-первых, стоит дать определение…
Регулятор непрерывного типа — это устройство, реализующее алгоритм, непрерывно преобразующий входные величины в управляющее воздействие. Непонятно? Сейчас это исправим!

Для наглядности дальнейшего изложения в качестве примера возьмём простейшую систему: представьте, что вы находитесь в доме, в котором кроме вас только комнатный термометр и электрическая печь с возможностью регулировать мощность нагрева. Температура в доме «плавает» в некоторой зависимости от уличной температуры. Ваша задача — поддерживать её равной, допустим, 25 °С.

И так, что вы будете делать для этого? Правильно! Вы будете бегать от термометра к нагревателю и обратно, на первом смотреть температуру, а на втором — крутить ручку мощности, чтобы подогнать температуру в комнате к заданному значению. Это и будет алгоритмом ваших действий, а вы будете выполнять роль регулятора. Входной величиной в данном случае являются показания термометра, а управляющим воздействием — угол поворота ручки регулятора мощности. Функцией преобразования входной величины в управляющее воздействие — будет ваше чувство меры, а качество регулирования будет зависеть от того, насколько хорошо оно у вас развито. Для оценки качества регулирования вводится понятие ошибки перерегулирования (или невязки) — это то значение, на которое отличается температура в комнате от заданной после того, как регулятор (в данном случае вы) выдал управляющее воздействие (вы покрутили ручку мощности).

Чтобы лучше закрепить введённые понятия и объяснить что же такое качество регулирования (управления) посмотрим на график изменения температуры:

ошибка регулирования

Так будет выглядеть график изменения температуры за то время, пока вы будете пытаться «поймать» требуемую температуру. А вот так он будет выглядеть, если вы обладаете феноменальным чувством меры:

идеальный регулятор

Так было бы, если бы вы с первого раза «угадали» на сколько нужно подкрутить ручку мощности для достижения требуемого значения температуры. На практике такое вряд ли возможно.

Как вы, наверное, догадываетесь — качество управления во втором случае значительно выше, чем в первом.

Простыми словами можно дать следующее определение:
качество регулирования(управления) — это то, насколько быстро система достигает требуемого состояния.

Но на этом дело не заканчивается… После того, как вам удалось «поймать» нужную температуру, вам нужно будет постоянно следить за термометром и как только, температура в доме начнёт меняться(например под воздействием изменения уличной температуры), вы будете вынуждены заново выполнять настройку мощности обогревателя.

Читайте также:  Система ценностей как регулятор поведения

Да, быть регулятором — это тяжкий труд — ни на секунду нельзя отвлечься от выполняемой функции! Именно поэтому на эту работу обычно подряжают интеллектуальные машины. Посмотрим на типовую структурную схему системы, регулирующую температуру.

Схема регулирования

регулятор температуры

Регулятор получает значение температуры от датчика, сравнивает его с заданным значением (уставкой) и управляет питающим напряжением обогревателя.
Ну а в реальности регулятор выглядит примерно так:

trm1(измеритель-регулятор одноканальный ОВЕН ТРМ1)

Регуляторы с обратной связью

Еще одно базовое понятие из теории регулирования. Попробуем дать определение простым языком.

регулятор с обратной связью

Обратная связь — способность системы управления отслеживать результаты своего регулирования, с тем чтобы учитывать ошибку управления и корректировать управляющее воздействие. В нашем примере, регулятор постоянно получает показания от датчика, узнаёт тенденцию изменения температуры и в зависимости от этого корректирует своё управляющее воздействие.

А что, бывает по-другому? — спросите вы. Да, бывает.

Например, если бы датчик температуры был установлен на улице, а в регулятор была бы запрограммирована таблица соответствия уличной температуры и мощности нагревателя в доме.

Тогда, регулятор выставлял бы мощность нагревателя в соответствии с этой таблицей, и он не мог бы узнать о результатах своего управления. Например, если кто-то включил бы в доме еще один нагреватель — то, температура в доме повысилась бы, а регулятор, не зная об этом и продолжал бы выдавать прежнее воздействие. Такие регуляторы используют обычно при следующих условиях:

— система является закрытой, т.е. не меняет своего состава(например, если известно, что никто не может включить еще один нагреватель, как в нашем примере, или любым другим способом повлиять на систему «изнутри»).
— достаточно точно известна зависимость между выходной величиной и управляющем воздействием(в нашем примере зависимость температуры в доме от мощности нагревателя).

Кроме того, такие регуляторы используют тогда, когда сложно оценить результаты управляющего воздействия на систему. Например, в многоквартирном доме сложно измерить температуру в каждой из квартир, поэтому теплосеть поддерживает температуру воды в трубах в зависимости от уличной температуры, не используя обратную связь.

Алгоритм работы регулятора

Различные регуляторы отличаются друг от друга принципом действия и математическими алгоритмами, с помощью которых входная величина преобразуется в управляющее воздействие. Наиболее распространённым из регуляторов непрерывного типа является ПИД-регулятор. О его алгоритме можно прочитать в нашей статье . Об алгоритмах работы других регуляторов мы обязательно расскажем в одной из следующих статей.

Заключение

В этой статье мы постарались изложить базовые принципы работы регуляторов непрерывного типа простыми словами, не используя сложных математических формул и большого количества занудной теории. Точно так же работает любая система управления непрерывного типа: от комнатного кондиционера до системы круиз-контроля в вашем автомобиле. В следующих публикациях мы расскажем о других типах регуляторов, выясним достоинства и недостатки каждого из них, рассмотрим их области применения, и научимся правильно подбирать регуляторы под каждую конкретную задачу.

Надеюсь, что было интересно! До новых встреч!

Источник