4. Принцип действия релейно-импульсного регулятора
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
(5 час)
Цель работы: изучение принципа действия релейно-импульсного регулятора, экспериментальное получение и анализ переходных характеристик П- и ПИ-регуляторов, аппроксимация переходных характеристик релейно-импульсного ПИ-регулятора графиками переходных характеристик идеального ПИ-регулятора и оценка по ним коэффициента усиления Кр и постоянной интегрирования Ти.
4.1. Основные понятия
В энергетике, металлургии и др. отраслях промышленности получили широкое распространение АСР с аналоговыми релейно-импульсными регуляторами и электроприводами с постоянной скоростью вращения. На структурной схеме (рис. 2) такой регулятор обозначен буквой Р.
В релейно-импульсных регуляторах формирование требуемого закона регулирования осуществляется с помощью специальных корректирующих динамических звеньев. Они выполняются в виде отрицательных обратных связей, охватывающих усилители, расположенные в цепи прохождения сигнала к ИМ (рис. 21).
Рис.21. Структурная схема релейно-импульсного регулятора
1 - релейный усилитель; 2 – интегрирующий ИМ (сервомотор); 3, 4 – обратные связи
Релейно-импульсный регулятор состоит из сумматора входного сигнала ε(t) и сигналов обратной связи Uoc(t), релейного усилителя с зонами нечувствительности и возврата (1), интегрирующего ИМ (сервомотора), служащего для перемещения РО (2), и отрицательной обратной связи для формирования требуемого закона регулирования (3 или 4).
Релейный усилитель совместно с звеном обратной связи формирует пусковые импульсы для включения ИМ. Он имеет характеристику 3-х позиционного реле с зонами нечувствительности и возврата (рис. 22).
Зона нечувствительности используется для того, чтобы регулятор не срабатывал при небольших пульсациях регулируемой величины вблизи заданного значения. Зона возврата определяет длительность пусковых импульсов.
Интегрирующий ИМ (сервомотор), служащий для перемещения РО, имеет нелинейную характеристику, т.к. скорость вращения ротора электродвигателя S не зависит от уровня входного сигнала С1.
Для формирования П-закона регулирования в качестве отрицательной обратной связи 4 используется пропорциональное звено с коэффициентом передачи К'ос (обратная связь 3 в этом случае отсутствует).
Для формирования ПИ-закона регулирования используется отрицательная обратная связь 3 в виде апериодического звена с параметрами К"ос и Тос (обратная связь 4 в этом случае не подключается).
Рис. 22. Характеристика релейного усилителя
Uср – порог срабатывания; Uот – порог отпускания; Δ – зона нечувствительности; Δв – зона возврата; С – выходной сигнал
4.2. Кривая разгона п-регулятора
После подачи в регулятор ступенчатого входного сигнала
(4.1)
релейный усилитель включает сервомотор, который перемещает РО (рис. 23а). Сигнал на выходе обратной связи 4 увеличивается
(4.2)
Одновременно уменьшается сигнал на входе релейного элемента
(4.3)
Как только сигнал σ(t) уменьшится до порога отпускания Uот , релейный усилитель отключит сервомотор. Для момента останова сервомотора можно записать
(4.4)
Если
то
Следовательно, в регуляторе приближённо реализуется П-закон регулирования
где
