Двухпозиционное нелинейное регулирование: характерные нелинейности.

При проектировании и эксплуатации нелинейных систем надо учитывать гистерезис отдельных компонентов регуля­тора, его зону неоднозначности (пропорциональности) и зону нечувствительно­сти приводов.

1. В реальных двухпозиционных регуляторах изменение выходного сигнала от минимума до мак­симума и наоборот происходит при разных значениях входной величины. Разность между значени­ями входной величины в момент измене­ния выходного сигнала называют зоной неоднозначности (или пропорциональности) регулятора. Зона неоднозначно­сти в современных двухпозиционных ре­гуляторах вводится и регулируется.

Ниже приведены статическая характеристика при увеличении (розовые стрелки) и уменьшении (зеленые стрелки) входной вели­чины регулятора с установленной зоной неоднозначности. Входная величина (х_вх.) – температура, выходная (х_вых.) – положение регу­лирующего органа, например, в миллиметрах (клапан с электроприводом в виде электромагнита). При подаче на обмотку напряже­ния клапан резко открывается на 10 мм, а при снятии напряжения резко выключается – 0 мм, обеспе­чивая подачу газа на горелку газовой печи. х_{вых.мах}.= 10 мм , х_{вых.мин}.= 0мм.

Установленная ширина зоны неоднозначности равна 10°С, а установленная температура 100°С. Замыкание контакт­ной группы ре­гулятора на подачу напряжения произойдет тогда не при 100, а 95°С. Размыкание контактной группы про­изойдет при 105°С.

Зона неоднозначности регулятора

Уменьшение зоны неоднозначности приводит к уменьшению периода колебаний и к увеличению числа переключе­ний регулятора и, следовательно, регулирующего органа, что сказывается на надеж­ности работы регулятора, а иногда приводит к излишним затратам энергии. Увеличение зоны неод­нозначности сокращает число переключе­ний, что приво­дит к увеличению амплитуды колебаний.

2. Кроме понятия зоны неоднозначности регулятора, существует поня­тие зоны неоднозначности или гистерезиса электромагнит­ного реле как от­дельного элемента регулятора. Гистерезис реле можно объяснить следую­щим образом: напряжение питания, которое подается на обмотку реле, при­водит к появлению электромагнитного поля, которое притя­гивает сердеч­ник реле, но не мгновенно, а с некоторой задержкой по времени. Это обу­словлено тем, что электромагнит­ное поле нарастает по­степенно, сердечник перемещается с конечной скоростью, и контакты реле замкнутся немного позже момента подачи напряжения на обмотку реле. Аналогичная ситуация и при обесточивании реле: маг­нитное поле исчезнет не сразу, сердечник под действием обратной пружины вернется в исходное по­ложе­ние не мгно­венно (график приведен выше).

Из рисунка видно, что контакты реле замкнутся не в момент времени t₀ = 0 с, когда мы подадим на обмотку реле напряжение (ма­линовая стрелка – слева направо), а позже – в момент времени t₁= 0,5 с. Вы­ключения происходит также с задержкой t₂ = -0,5 с (зеленая стрелка справа налево).

3. Часто встречается нелинейность, называемая зоной нечувствительности приводов и опреде­ляемая интервалом изменения входной величины элемента, в пределах которого выходная величина не изменяется (не чувствует изменения входной величины). Зона нечувствительности имеется у мно­гих элементов, в том числе у электрических исполнительных механизмов. Электрический двигатель не будет вращаться при подаче на его клеммы небольшого напряжения до тех пор, пока напряжение не увеличится и созда­ваемый им момент вращения не превысит момент трения и момент от нагрузки на валу двигателя. В механических передачах и других устройствах встречается нели­нейность, называемая ги­стерезисной петлей люфта. Пусть х_вх и х_вых углы поворота ведущей и ведо­мой шестерен редуктора. При увеличении х_вх величина х_вых остается неизменной, пока не будет вы­бран люфт (зазор) в зацеплении шесте­рен; при дальнейшем увели­чении х_вх величина х_вых изменяется пропорционально изменению входной величины. После остановки и обратном дви­жении в направле­нии уменьшения х_вх величина х_вых остается постоянной до тех пор, пока снова не будет выбран люфт.

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: