- •Расчет параметров объекта управления
- •Регуляторы с им постоянной скорости
- •Технически оптимальная настройка регуляторов
- •Методы измерения расхода
- •Методика измерения давления и разности давлений
- •Экономический эффект применения частотно-регулируемого электропривода
- •Системы программирования на языках мэк 61131-3
- •9.3.1. Язык релейно-контактных схем, ld
- •9.3.2. Список инструкций, il
- •9.3.3. Структурированный текст, st
- •9.3.4. Диаграммы функциональных блоков, fbd
- •9.3.5. Функциональные блоки стандартов мэк 61499 и мэк 61804
- •9.3.6. Последовательные функциональные схемы, sfc
- •9.3.7. Программное обеспечение
- •CoDeSys
- •ISaGraf
Регуляторы с им постоянной скорости
В системах регулирования давления, расхода и других величин управление регулируемыми клапанами, вентилями, задвижками, шиберами до настоящего времени осуществляется через исполнительные механизмы.
Исполнительные механизмы бывают с электрическим (преимущественно), гидравлическим или пневматическим приводом. В качестве электрического привода используются асинхронные двигатели, которые, как правило, получают питание от сети 380/220 В и могут быть в трех состояниях: перемещение рабочего органа с постоянной скоростью S, неподвижность, перемещение в обратную сторону с постоянной скоростью.
Без учета времени разгона и торможения статическая характеристика такого ИМ представлена на рис. 14.28 и может быть записана в виде
где – перемещение рабочего органа;
Z– выходной сигнал пускового релейного устройства;
–скорость рабочего органа;
– зона нечувствительности релейного элемента, управляющего пусковым оператором (магнитный пускатель, электромагнитное реле и т.п.).
Такая статическая характеристика называется трехпозиционной.
Чаще всего для снижения частоты включения релейного элемента в характеристику включают «люфт» (зону неоднозначности) ^, как показано на рис. 14.29, гдев – зона включения.
Это соответствует реальности, если электромагнитные аппараты срабатывают при большом, а отпускают при меньшем значении выходного сигнала. Такая характеристика формируется также непосредственно промышленным регулятором.
Статическая характеристика ИМ существенно нелинейна. Однако такой ИМ может иметь выходной сигнал, достаточно близкий к линейной характеристике при релейно-импульсном изменении входного сигнала. Пусть на вход ИМ поступают импульсы Zс периодом следованияТпери скважностью. Тогда характер перемещения будет иметь вид, представленный на рис. 14.30.
Рис. 14.28. Релейный элемент с зоной нечувствительности |
Рис. 14.29. Релейный элемент с зоной нечувствительности и люфтом |
Рис. 14.30. Характер перемещения ИМ при релейно-импульсном изменении входного сигнала
Скорость перемещения во время импульса равна: .
Средняя скорость перемещения будет равна:
Таким образом, ИМ постоянной скорости по каналу «скважности импульсов – усредненное перемещение» можно представить интегрирующим звеном .
Реализация И-регулирования будет тем точнее, чем меньше Тпер. Однако или этом повышается частота включения ИМ, следовательно, и его износ. ВеличинаТпер, как будет показано ниже, будет зависеть от величиныв,нч, частоты среза разомкнутой САР объекта управления.
Передаточная функция ПИ-регулятора , его реализация приведена на рис. 14.31, переходная характеристика при рассогласовании(постоянный сигнал) – на рис. 14.32.
По схеме, приведенной на рис. 14.31, можно независимо настраивать коэффициент усиления и постоянную изодрома.
Рис. 14.31. Схема ПИ-регулятора
Рис. 14.32. Переходная характеристика ПИ-регулятора
В промышленных системах регулирующее звено и исполнительный механизм чаще всего объединяют в единое целое – промышленный регулятор со структурной схемой, представленной на рис. 14.33,
Рис. 14.33. ПИ-регулятор с ИМ постоянной скорости
с передаточной функцией ,
где .
Реализация форсирующего звена – сложная практическая задача, которую решают по схеме, представленной на рис. 14.34.
Рис. 14.34. ПИД-регулятор с ИМ постоянной скорости
Передаточная функция усилительного звена:
.
Для получения промышленного ПИ-регулятора с передаточной функцией необходимо равенство
Отсюда .
Если выбрать , то.
Получаем реальный ПИ-регулятор с фильтрующей апериодической постоянной
Подобным же образом реализуется промышленный регулятор при импульсном ПИ-регуляторе с ИМ постоянной скорости (рис. 14.35).
Рис. 14.35. Реализация ПИ-регулятора с ИМ постоянной скорости
Переходные процессы в такой структуре представлены на рис. 14.36.
В начале переходного процесса =0–>нч– реле включается,увеличивается по экспоненте к величинеkz.В момент равенства 0 – = нч – в – реле отключается, уменьшается по такой же экспоненте к нулю. При0–=нчреле снова включается.
Рис. 14.36. Переходные процессы выходного сигнала ПИ-регулятора с ИМ постоянной скорости: 1 – рассогласование(t);2 – =f(t) при нарастании (реле включено);3 – =f(t) при снижении (реле отключено);4 – реальное изменение=f(t);5 – линеаризованное изменение=f(t)
Автоколебательный процесс релейного усилителя будет продолжаться до момента, когда рассогласование 0будет стремиться к нулю. Сигнал на выходе ИМ (перемещение) с достаточной степенью точности соответствует выходному напряжению линейного ПИ-регулятора.
В промышленных регуляторах нередко настраивают различные постоянные времени Твкл и Тоткл апериодического звена (см. рис. 14.36).
При первом отключении – параметр настройки регулятора, называемый скоростью связи. Приближенно время первого включения.
Переходные процессы по при первом включении ((0) = 0) описываются формулами
.
В автоколебательном режиме время импульса
Переходные процессы по при первом включении ((0) = 0) описываются формулами
В автоколебательном режиме время импульса
Учитывая, что в автоколебательном режиме при пульсациях на малую величину в можно принятьвклотк,
.
Переходные процессы по при отключении ((0) =k ·) описываются формулами
,
,
Скважность импульсов
,
где .
Учитывая, что для ИМ , имеем
или
Твкл Тоткл,В 0, таким образом, имеем ПИ-регулятор.
где , Тиз = Тоткл.
Линеаризированная кривая 5выхода ПИ-регулятора при=0описывается уравнением
При расчете ПИ-регулятора:
1) известноТим,Z,S,Kp,Тиз;
2) определеноТоткл = Тиз;
3) рассчитывается;
4) рассчитывается.
Практическая реализация ПИД-регулятора выполняется по схеме, приведенной на рис. 14.37.
Рис. 14.37. Реализация ПИД-регулятора
Передаточная функция регулятора в этом случае
.
Если Тд Т1, Kд > 1, имеем реальный ПИД-регулятор.
.
ЛАЧХ ПИД-регулятора представлена на рис. 14.38.
Рис. 14.38. ЛАЧХ ПИД-регулятора
Реализация ПИ- и ПИД-регуляторов многообразна и приводится в технических описаниях промышленных регуляторов2.