1− Исполнительный механизм (им) с регулирующим органом (ро),

2 − Калорифер, 3 – термометр сопротивления, 4 – трубопровод,

5 – нагреватель, 6, 7 – лампы сигнализации положения ИМ,

8 – указатель положения РО, 9, 10 – кнопки для ручного управления ИМ, 11 – вольтметр, 12 – автотрансформатор, 13 –измеритель-регулятор Сосна 002 14– кнопка сброса секундомера, 15 – пуска секундомера,

16 – секундомер, 17 – выключатель вентилятора, 18 – выключатель автоматического регулирования, 19 – выключатель питания стенда,

20 – вентилятор, 21 −ЭВМ

Рисунок 7.7 – Лицевая панель измерителя-регулятора Сосна 002:

1 – цифровое табло, 2 – текстовое табло, 3 – сенсорная кнопка «меньше», 4 – сенсорная кнопка «больше», 5 – сенсорная кнопка выбора меню

По данным опыта постройте кривую переходного процесса – зависимость температуры в греющей камере от времени.

По полученному графику переходного процесса и формулам (7.3) и (7.4) определите показатели качества АСР и занесите их в таблицу 7.2.

Таблица 7.1 − Результаты измерений

t, с	0	30	60	90…
Y,^0С

Таблица 7.2 – Показатели качества переходного процесса

Статическая ошибка	Максимальная динамическая ошибка	Перерегулирование	Время регулирования
Yс,^0С	Yд,^0С	σ, %	Тр, с

7.6 Требования к отчёту

Отчёт по данной работе должен содержать:

1) Название и цель лабораторной работы.

2) Функциональную схему АСР температуры и ее краткое описание.

3) Таблицу 7.1 с экспериментальными данными, график переходного процесса в АСР и таблицу 7.2 с вычисленными показателями качества регулирования.

4) Выводы по работе.

7.7 Контрольные вопросы

1) Приведите структурную схему непрерывной АСР. Какие элементы в нее входят и каково их назначение?

2) Чем отличаются стабилизирующие, программные и следящие системы автоматического регулирования?

3) Что называется законом регулирования?

4)Приведите законы регулирования П-, ПИ-, ПД-, и ПИД- регуляторов.

5) В каких случаях в АСР могут возникать переходные процессы?

6) Какие параметры характеризуют качество работы АСР? Как их определить из графика переходного процесса?

7) Типовые переходные процессы в АСР и их характеристика.

8 Лабораторная работа № 6. Исследование автоматической системы двухпозиционного регулирования

Цель работы:изучить двухпозиционный закон регулирования на примере автоматической системы регулирования температуры и проанализировать влияние параметров системы на качество двухпозиционного регулирования.

8.1 Теоретические сведения

Простейшая система двухпозиционного регулирования может быть представлена в виде последовательного соединения позиционного регулятора (ПР) и объекта регулирования (ОР), охваченных отрицательной обратной связью (рисунок 8.1). Основным возмущающим воздействием здесь является нагрузка объекта Z, изменение которой компенсируется регулирующим воздействием X. Выходная величина двухпозиционного регулятора X может принимать только два значения, соответствующие максимальному (Х_max) и минимальному (Х_min) регулирующему воздействию на объект.

Рисунок 8.1 – Структурная схема автоматической системы двухпозиционного регулирования

На рисунке 8.2аизображена статическая характеристика идеального двухпозиционного регулятора, мгновенно меняющего свой выходной сигналXпри достижении регулируемой величинойYзаданного значенияY_з. Реальный регулятор обладает некоторой зоной нечувствительности_y(рисунок 8.2б), в пределах которой изменение регулируемой величиныYне приводит к изменению регулирующего воздействияX. Другими словами, регулятору необходимо некоторое время для срабатывания, поэтому он начинает вступать в работу с запаздыванием.

а	б
Рисунок 8.2 – Статическая характеристика идеального двухпозиционного регулятора (а); статическая характеристика реального двухпозиционного регулятора (б)

При Y<Y_зидеальный позиционный регулятор вырабатывает регулирующее воздействия Х=Х_max, вызывающее изменение выходной величиныY(рисунок 8.3). При достиженииYвеличиныY_зрегулятор должен был бы сработать, однако ввиду наличия зоны нечувствительности_y, изменение регулирующего воздействия от Х_mахдо Х_minпроисходит с некоторым запаздыванием, приY>Y_з. Таким образом, при использовании двухпозиционных регуляторов величинаYсовершает колебания относительно заданного значенияY_з. Такие колебания относительно среднего значения с амплитудой А и периодомТназываются автоколебаниями. Период автоколебаний равен

Т=Т_в+Т_о,

где Т_виТ_о− периоды включения (X=Х_max) и отключения (X=Х_min) сигнала регулирующего воздействия соответственно.

Рисунок 8.3 – Изменение выходной величиныYи регулирующего воздействияXпри симметричных автоколебаниях

На рисунке 8.3 изображены так называемые симметричные автоколебания (относительно линии Y=Yз) регулируемой величины. На практике чаще приходится сталкиваться с автоколебаниями, форма которых несимметрична относительно линии Y=Yз (рисунок 8.4). При несимметричных автоколебаниях возникает так называемая квазистатическая ошибка регулирования а, равная отклонению среднего значения (оси) автоколебаний от заданного значения регулируемой величины Yз. ПриТ_в<Т_о,а> 0, т.е. среднее значение автоколебаний лежит выше прямой Y=Yз и наоборот. Качество двухпозиционного регулирования характеризуется параметрами возникающих в системе автоколебаний: амплитудойА, частотой колебаний и смещением а среднего значения относительно заданного значения Yз. Эти параметры зависят от времени запаздывания, ёмкости объекта регулирования, его нагрузки Z, величины зоны нечувствительности регулятора_уи пределов изменения регулирующего воздействияХ= X_max–X_min. Чем меньше амплитудаАи смещение оси автоколебанийа, тем выше качество регулирования, при этом частота колебаний не должна быть очень большой.

Рисунок 8.4 – Изменение выходной величины при несимметричных автоколебаниях

С увеличением зоны нечувствительности позиционного регулятора _укачество регулирования ухудшается: увеличивается амплитудаАи период колебанийТв системе. Амплитуда уменьшается с уменьшением величины изменения регулирующего воздействияХ. Однако здесь необходимо иметь в виду, что величины Х_maxиX_minзависят от нагрузки объектаZ, поэтому большие пределы изменения регулирующего воздействияХ могут быть установлены только при незначительных колебаниях нагрузки объекта регулирования.

От нагрузки объекта зависит, в основном, величина и знак смещения оси автоколебаний а. При определенной нагрузкеZ=Z_oдля данного объектаа=0. ПриZ>Z_oвеличинаа< 0, а приZ<Z_oдля данного объектаа> 0. Отклонение нагрузки отZ_oв обе стороны приводит к возрастанию периода автоколебанийТ.

Позиционные регуляторы просты по конструкции, надежны в работе, несложные в настройке и обслуживании. Поэтому во всех случаях, когда позиционные регуляторы способны обеспечить требуемое качество регулирования, следует применять именно их. Обычно позиционные регуляторы используют на объектах, обладающих малым запаздыванием, большой емкостью.