Принципиальная схема автоматического регулирования давления газа.

Объектом управления является ресивер. Это емкость, в котором накапливается сжатый воздух. АСР состоит из объекта регулирования – ресивера и регулятора. При увеличении Р в ресивере выше заданного (Рзад=2,5атм), импульс Р воздуха по трубке поступает в полость под мембраной. Под действием Р мембрана меняет свой прогиб. Мембрана давит на металлический жесткий центр, который опускается. В центре металлического диска закреплен шток, который перемещается вниз. На другом конце штока закреплен конусообразный плунжер, который приближается к седлу. Расход воздуха через регулирующий орган снижается и Р в ресивере нормализуется. Заданное значение Р устанавливается путем поджатия пружины обратной связи. Чувствительным элементом является мембрана. Элементом сравнения является мембранный блок (мембрана + металлический жесткий центр). Любая система автоматического регулирования должна состоять минимум из 5 элементов: задатчик, элемент сравнения, регулирующий орган, объект регулирования, чувствительный элемент. САР работает по замкнутому циклу. При отсутствии возмущений рассогласование в системе равно 0 и регулирующее воздействие отсутствует. При появлении возмущений возникает рассогласование, которое служит причиной формирования регулирующего воздействия.

Обратные связи в системах.

Для нормальной работы системы необходимо, чтобы выходная величина одновременно поступала на вход системы. Как видно из структурной схемы АСР Р в ресивере при отсутствии пружины обратной связи при каждом изменении Р мембрана максимально растягивается, что приводит к полному перекрытию прохода воздуха через регулирующий орган. Обратная связь бывает положительная и отрицательная. ПОС совпадает по фазе с направлением входной величины. Используются в лабораторных условиях для исследования процесса. Существует внешняя ОС. Выходной сигнал с выходом всей системы поступает на ее вход. Внутренняя ОС – выходной сигнал одного элемента поступает на его же вход либо на вход предыдущего элемента внутри системы.

Продолжение классификации аср.

По принципу регулирования: система действующая по отклонению регулируемой величины от задания (возмущения вызывают отклонения текущего значения параметра от заданного значения. Автоматический регулятор сравнивает текущее значение с заданным. В случае их рассогласования регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, которое подается на ОР для устранения рассогласования. Такие системы только замкнутые); системы, действующие по возмущению (регулятор получает информацию о текущем значении возмущения, если это значение отличается от заданного, то регулятор формирует регулирующее воздействие, направленное на объект. Такие системы разомкнутые). По числу регулируемых величин: одномерные (имеют одну регулируемую величину) и многомерные (имеют несколько регулируемых величин). Многомерные делятся на системы несвязанного регулирования и системы связанного регулирования. СНР применяется, когда взаимное влияние регулируемых величин объекта отсутствует, в противном случае применяется ССР, когда все регуляторы объекта связаны между собой. По числу контуров прохождения сигнала: одноконтурные и многоконтурные. По характеру регулирующих воздействий: непрерывные, релейные, импульсные и экстремальные системы регулирования (служат для отыскания оптимального технологического режима).

Переходные процессы.

ПП – это изменение выходной величины во времени при переходе от одного состояния в другое. Существует 5 видов ПП: апериодически сходящийся, апериодически расходящийся, автоколебательный, колебательный расходящийся, колебательный сходящийся. ПП – это показание вторичного прибора. Оптимальные ПП – это апериодически сходящийся и колебательный сходящийся.

Требования, предъявляемые к АСР.

Состояние системы регулирования, при котором возмущения отсутствуют и регулируемая величина равна заданному значению, называется равновесным. Время регулирования – промежуток времени, в течение которого регулируемый параметр приходит к заданному значению. Требования: система должна быть устойчивой, т.е. выведенная из состояния равновесия каким-либо возмущением, она должна стремиться вернуться в это состояние; обеспечение требуемых показателей качества ПП.

Соединения типовых звеньев.

Последовательное соединение звеньев – выходная величина первого звена является входной величиной последующего звена. При этом передаточные функции звеньев перемножаются. Передаточная функция – отношение лапласовых изображений выхода к входу, характеризует прохождение сигнала через систему. Параллельное соединение – величина поступает на вход всех звеньев.

Объекты управления и их свойства.

Объект управления (ОУ) – основная составная часть АСР (машина, аппарат, технологический процесс, производство, отрасль). ОУ обладает следующими свойствами: нагрузка, емкость, самовыравнивание, запаздывание.

у_мах – максимальное отклонение регулируемой величины, у₁ – перерегулирование (разность между максимальным отклонением и новым устойчивым состоянием объекта), у₂ – второй скачок регулируемой величины объекта, у_ост – новое установившееся значение, ∆у – статическая ошибка.

Емкость объекта – способность объектов запасать рабочую среду внутри объекта. Накопление вещества возможно благодаря тому, что в каждом объекте имеется сопротивление выходу. ОУ бывают одноемкостными и многоемкостными. Мерой емкости служит коэффициент емкости, т.е. количество вещества или энергии, которое нужно подвести к объекту, чтобы изменить управляемую величину на единицу. Чем больше коэффициент емкости, тем меньше скорость изменения управляемого параметра при одном и том же изменении количества поступающего вещества. Легче поддаются управлению те объекты, коэффициент емкости которых больше. Нагрузка – количество вещества или энергии, отбираемое у объекта для производственных нужд. Чем чаще меняется нагрузка, тем сложнее управлять объектом. Способность объекта приходить после возмущения в новое устойчивое состояние без вмешательства регулятора, называется самовыравниванием объекта. Объекты называются статическими, если они обладают самовыравниванием. Самовыравнивание облегчает работу регулятора. Объекты, не обладающие самовыравниванием, называются астатическими. Некоторые объекты обладают идеальным самовыравниванием, например, резервуар с переливной трубой, который обеспечивает постоянный уровень при любых изменениях притока жидкости. Самовыравнивание характеризуется коэффициентом самовыравнивания. Запаздывание объясняется наличием сопротивлений и инерционностью системы. Различают 2 вида запаздываний: чистое (транспортное) и переходное (емкостное). Чистое запаздывание – это время от начала внесения возмущения до начала изменения управляемой величины. Время необходимо для того, чтобы поток вещества или энергии прошел расстояние от места внесения возмущения до места, в котором измеряется значение управляемой величины. Чистое запаздывание наблюдается при контроле толщины насыпного слоя на ленте транспортера. Чистое запаздывание смещает во времени реакцию на выходе в объекте на величину запаздывания, не изменяя величину и форму воздействия. Переходное запаздывание характерно для многоемкостных объектов. Запаздывание возникает при преодолении потоком вещества или энергии сопротивлений разделяющих емкости объектов. Переходное запаздывание определяется числом емкостей и величиной переходных сопротивлений. Общее запаздывание в ОУ равно сумме чистого и переходного запаздываний.

Классификация ОУ.

1. Различают объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами. В объектах с сосредоточенными параметрами значение регулируемой величины одинаково во всех точках. В объектах с распределенными параметрами значение регулируемой величины различное в разных точках. 2. Объекты могут быть линейные и нелинейные с постоянными или переменными коэффициентами. 3. Объекты могут иметь одну или несколько входных величин. 4. Объекты бывают устойчивые (обладают самовыравниванием) и неустойчивые (не обладают самовыравниванием).

Методы определения свойств ОУ.

1. Экспериментальный метод – заключается в искусственном создании ряда последовательно установившихся состояний объекта путем изменения входных величин. Если объект устойчивый, то в результате воздействия, поданного на вход, выходная величина через некоторое время примет новое постоянное значение. Каждому значению входной величины будет соответствовать определенное значение выходной величины. Если объект неустойчивый, то после изменения входной величины в нем возникает переходной процесс. Эксперимент проводят следующим образом: орган управления (задвижка, клапан) устанавливается на линии притока вещества в объект или на выходе из него. Этот ОУ вручную или дистанционно переводят из одного положения в другое, при этом с помощью одного прибора фиксируют значение входной величины, а с помощью другого прибора – значение выходной величины. Последовательно изменяя положение затвора ОУ, записывают пары значений входной и выходной величин. По полученным результатам строят график статической характеристики, которая необходима для определения коэффициента усиления объекта. Если объект линейный, то и статическая характеристика линейная. 2. Аналитическое исследование объектов. Аналитическое описание производят при помощи уравнений. Уравнений могут описывать любые объекты (простые и сложные).