§13. Методи аналізу стійкості сар

Дослідження стійкості САР являється одним з основних питань аналізу, які вирішуються за допомогою теорії автоматичного регулювання.

Під стійкістю розуміють здатність системи, виведеної з усталеного стану, знову до нього повертається після зняття збурених впливів.

Всі САР можна розділити на три види:

• стійкі;

• нестійкі;

• нейтральні.

Про стійкість системи, або її ланки можна судити з виду їх імпульсної характеристики , також реакції системи або ланок на імпульсне збурення.

Стійкість САР досліджується такими методами:

• дослідно-прямий;

• розрахунково-прямий;

• непрямий;

• частотний за критеріями Михайлова;

• амплітудно-фазовий за критеріями Найквиста-Михайлова.

Прямий метод передбачає отримання перехідного процесу експериментальним шляхом, або за допомогою розрахунку на основі відомих динамічних характеристик ланок,з яких складаються САР.

При цьому необхідно встановити найбільш загальні початкові вимоги до САР – критерії стійкості, за допомогою яких можна судити про стійкість системи без аналітичного розрахунку і побудови, або експериментального визначення перехідних процесів.

Оцінка САР за допомогою таких критеріїв складає сутність непрямих методів дослідження стійкості.

Досліджений прямий метод найбільш достовірний, але не завжди можливий в реальних промислових умовах і рідко застосовується.

Розрахунковий прямий метод дослідження стійкості САР за відомим диференціальним рівнянням ланок, які описують систему, можна прийняти завжди, але він трудомісткий і вимагає подальшої перевірки на моделях САР, або в промислових умовах.

Перевага такого методу в наглядності отриманого результату, у формі кривої перехідного процесу і можливості аналізу САР для її реалізації в промислових умовах, або на математичних моделях.

Непрямий метод по кореню характеристичного рівня, або коефіцієнтом вихідного диференціального рівняння системи за допомогою корінного, або алгебраїчного критерію. Такий метод менш трудомісткий в порівнянні з попередніми методами і вимагає певного навику в розрахунках складних систем автоматичного регулювання.

Частотний за критеріями Михайлова передбачає побудову годографа вектора характеристичного рівняння САР. При цьому вимагаються вихідні рівняння динаміки системи і певні навики в діях над комплексними числами в площині комплексного змінного.

Амплітудно-фазовий критерій Найквиста-Михайлова також вимагає побудови годографа , але вже для розімкнутої системи і його перевага перед попередніми методами складається в можливості визначення дослідним методом.

§14. Автоматичні регулятори теплових процесів

14.1. Основні елементи промислових автоматичних регуляторів

Розглянемо призначення основних елементів автоматичних регуляторів.

Первинний прилад служить для вимірювання регулюючої величини і перетворення її у вихідний сигнал регулятора .

При вимірюванні регулюючих величин використовуються принципи вимірювання неелектричних величин, які базуються на первинних пристроях теплотехнічних приладах контролю та сигналізації. Вимірювання регулюючої величини сприймається вимірюючим пристроєм, який безпосередньо стикається з середовищем. В якості таких пристроїв використовуються мембрани, манометричні пружини, термоелектричні термометри (термопари) та інші.

Перетворення регулюючої величини – вхідного сигналу первинного приладу в його вихідний сигнал (вхідний сигнал регулятора) здійснюється вимірювальним пристроєм (наприклад, термопарою), або за допомогою спеціальних пристроїв – перетворювачів (датчиків).

В залежності від виду зовнішнього джерела енергії перетворювачі (датчики) бувають:

• електричними;

• гідравлічними;

• пневматичними.

Основні вимоги до датчиків промислових регуляторів такі:

• висока чутливість і мала інерційність;

• лінійність статистичної характеристики;

• висока надійність.

Вимірювальний блок. Його призначення складається в порівнянні дійсного значення регулюючої величини з заданою.

Задатчик ручного управління (ЗРУ). Призначення задатчиків в системах автоматичної стабілізації складається в формуванні сигналу,який відповідає необхідному, або заданому значенню регулюючої величини.

Конструктивно задатчик може бути вбудований в вимірювальний блок регулятора, або встановлений окремо на щиті управління.

Основні вимоги до задатчиків:

• висока стабільність вихідного сигналу;

• достатній діапазон зміни заданого значення регулюючої величини.

Командно – підсилювальний пристрій (КПП). Він призначений для перетворення сформованого у вимірювальному блоці сигналу і посилення його до значень, необхідних для управління виконуючим механізмом. КПП також приймає участь у формуванні закону переміщення регулюючого органу.

Вимоги до посилення системи автоматичного регулювання:

• високий і стабільний коефіцієнт посилення;

• направленість дії;

• мала інерційність;

• лінійність статистичної характеристики в широкому діапазоні вимірювань вхідного сигналу для підсилювачів, що відносяться до класу лінійних.

Виконавчі механізми (сервопривід) призначені для переміщення регулюючого органу, з яким вони з’єднані за допомогою важільних, кулачкових, редукторних, тросових механізмів та іншими способами. Зусилля, які необхідні для перестановки регулюючого органу (клапана, засувки, поворотної заслінки), виконуючий механізм розвиває за рахунок використання енергії зовнішнього джерела, яка підводиться до нього безпосередньо, або через командно – підсилювальний пристрій.

Сервопривід характеризується двома основними показниками:

• зусиллям, яким розвиває поршень, або крутним моментом на вихідному валу;

• максимальним ходом поршня, або кутом повороту вихідного валу.