2.2. Аналоговые регуляторы с импульсным выходным сигналом

Структуры формующих блоков регулятора. В аналоговых АР с импульсным выходным сигналом используют трехпозиционные реле с зонами нечувствительности [-b, b] и гистерезиса (возврата) b-b₁. В формирующих блоках релейный элемент охвачен безынерционной положительной или отрицательной обратной связью, а также инерционной отрицательной обратной связью.

Совокупность релейного элемента и безынерционной обратной связи представляет собой модифицированный аналого-позиционный преобразователь (АПП), зону возврата которого настраивают изменением коэффициента передачи обратной связи. Отрицательная обратная связь уменьшает зону возврата модифицированного преобразователя. Положительная обратная связь увеличивает зону возврата, что ведет к уменьшению частоты импульсов выходного сигнала.

Задача формирующего блока состоит в выработке последовательности импульсов с изменяющимся коэффициентом заполнения импульсов (скважностью)  = /T (где  - длительность импульса с периодом следования Т).

Закон регулирования формирующего блока определяется только отрицательной инерционной обратной связью. При сравнительно небольшой зоне нечувствительности релейный элемент рассматривают как линеаризованный усилитель с k_П>>1. Тогда динамику АПП можно описать инверсной передаточной функцией W_ос^-1(p) отрицательной обратной связи. Подобная линеаризация означает, что выходной сигнал блока рассчитывается как среднее значение за период следования импульсов выходного напряжения. При однополярных импульсах с амплитудой v₀ среднее выходное напряжение v_в = v₀.

Рис. 2.5. Схема обратных связей для ПД-регулятора (а) и ПИД-регулятора (б)

В малогабаритных регулирующих приборах (в милливольтметрах типа МР-64-ОЗИП и электронных регуляторах температуры типов Ш4525-Ш4527), работающих совместно с термометрами сопротивления, однополярные импульсы напряжения либо непосредственно поступают на выход, либо включают встроенные реле, контакты которых используются для коммутации внешних цепей. Эти приборы применяют для широтно-импульсного управления электрической мощностью нагревателя.

В качестве инерционных обратных отрицательных связей в таких регулирующих приборах используют цепи, показанные на рис. 2.5. Пассивная цепь (рис. 2.5, а) имеет передаточную функцию

W_ос(р)=k/(T₁p+l),

где k=k₁R₄/R₀; T₁=R₂C₁(R₃+R₄)/R₀; R₀=R₂+R₃+R₄; k_l - коэффициент передачи делителя на резисторе R₁. Такая цепь формирует экспоненциально-дифференциальную обратную связь и создает ПД-регулятор с передаточной функцией

W_р(р)=W_ос^-1(р)=k_р(1+T_Д p),

где k_р=1/k; T_д = T₁.

Цепь, представленная на рис. 2.5, б, имеет передаточную функцию

W_ос(р)=k₁T₄/[(T₁p+l)(T₂p+l),

где Т₁ = R₂C₁; T₂ = (R₃+R₄)C₂; T₃=R₂C₂; T₄=R₄C₂.

Такая цепь формирует экспоненциально-дифференциально-интегральную связь и создает ПИД-регулятор с передаточной функцией

W_р(р)=k_р(1+T_Д р+1/pT_и),

где k_p = T_И/(k₁T₄); T_Д = Т₁Т₂/T_И; T_И=Т₁+Т₂+T_3.

В рассмотренных регулирующих приборах значения величин Тд и Ти фиксированы, а настройке подлежит только величина k_cp.

Для получения П-регулятора с импульсным выходным сигналом можно использовать импульсатор (например, типа РЗЗ системы "Каскад") в совокупности с каким-либо блоком, вырабатывающим пропорциональный непрерывный сигнал. Импульсатор представляет собой преобразователь напряжения постоянного тока в широтно-импульсный сигнал.

Регуляторы с импульсным выходным сигналом предназначены в основном для работы совместно с электрическими исполнительными механизмами постоянной скорости. Такой комплекс формирует скользящий режим изменения положения регулирующего органа.

Стандартные электродвигательные исполнительные механизмы имеют встроенный датчик положения выходного вала. Для построения всех непрерывных законов регулирования, кроме пропорционального, датчик положения не нужен. При организации пропорционального закона сигнал с датчика положения используется для создания отрицательной связи в контуре аналого-позиционного преобразователя.

Плетнев Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций. –3-е изд. перераб.-М.: Энергоатомиздат,1986.-344 с.