АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА (РЕГУЛЯТОРЫ).

В системе автоматического регулирования существуют два основных функциональных элемента – объект управления (ОУ) и устройство управления (УУ) или он же автоматический регулятор (АР).

Автоматические регуляторы классифицируют:

1) по принципу управления: по отклонению, по возмущению, по отклонению и возмущению;

2) по виду используемой энергии: электрические, пневматические, гидравлические и другие;

3) по виду регулируемой величины: температуре, давлению, уровню, перемещению и т.д.;

4) по характеру воздействия на ОУ: непрерывные, дискретные;

5) по алгоритму функционирования: стабилизация, слежение, адаптация, программный алгоритм.

Регуляторы различают по конструктивному исполнению и законам управления. По конструктивному исполнению регуляторы могут быть приборные, аппаратные, модульные (элементные) и агрегатные (блочные).

 

В регулятор приборного типа встроен измерительный прибор, в регуляторах аппаратного типа в одном корпусе объединены блок сравнения и измерительный блок, регуляторы агрегатного типа состоят из отдельных унифицированных блоков, модульные состоят из отдельных модулей, выполняющих простейшие операции. Регулятор представляет из себя полнофункциональное, конструктивно оформленное в виде отдельного блока физическое устройство. Это устройство имеет вход для получения сигнала с датчика управляемой величины объекта управления, выход для подачи сигнала управления на исполнительный механизм САР, пульт для задания человеком-оператором требуемого поведения САР или систему связи с компьютером, управляющим технологическим процессом. Наконец, такой физический регулятор имеет устройство, вырабатывающее сигнал управления на основе задания, текущего значения управляемой величины и, если необходимо, возмущения, и заданного алгоритма обработки этих сигналов. Многие технические регуляторы реализуются на основе микроконтроллеров. Кроме того, бывает, что в состав технического регулятора включают и исполнительный механизм (ИМ), и регулирующий орган (РО). Такой регулятор достаточно подключить к объекту управления, чтобы получилась САР.

 

 

Регуляторы прямого действия

В качестве одного из самых ранних автоматических устройств обычно упоминается регулятор для водяных часов (клепсидры), появившийся более 2500 тысяч лет назад в Древнем Египте, когда на смену солнечным и огненным часам пришли водяные часы. Они были более точны и совершенны. Эти часы надежно работали и днем и ночью. Устройство их было простым: сосуд с отверстием в днище и делением на стенках, по которым можно следить за падением уровня воды. Сосуд изготавливался, как правило, из металла, глины или стекла, наполнялся водой, которая медленно, по капле, вытекала, понижая уровень воды, а деления на сосуде определяли который час.

Водяные часы быстро стали популярны. Их использовали как в домашнем быту, так и в войсках, правительственных учреждениях, школах. Они были на ипподромах, стадионах и судебных учреждениях.

Водяные часы называли «Клепсидрой», что по-гречески означает «Похитительница». Именно клепсидре мы обязаны появлению выражения - «Течение времени».

Сначала использовали два сосуда для измерения времени отведенного для оратора (рисунок 4).

 

 

Задача регулятора (цель управления) состоит в том, чтобы поддерживать постоянный уровень воды в баке (объект управления) для сохранения скорости вытекания струи из сливного отверстия. Для решения задачи был применен поплавковый клапан: в бак помещался поплавок с прикрепленным к нему дозирующим органом, например иглой.

При повышении уровня жидкости в баке поплавок перемещался, а при достижении заданного уровня игла перекрывает входное отверстие, из которого жидкость передается из внешнего резервуара.

 

Таким образом, система будет работать полностью в автоматическом режиме, пока не исчерпается вода в резервуаре (энергетические ресурсы внешней среды). Поплавок в данном случае определяет уровень жидкости, следовательно, является измерительным устройством. Если дозирующее устройство (в данном примере – игла), которое является исполнительным устройством, совмещено с измерительным, то устройство управления в этом случае становится ненужным. Регуляторы такого типа называют регуляторами прямого действия.

Регуляторы прямого действия управляют регулирующим органом за счет энергии, получаемой от регулируемой среды. Область применения этих регуляторов ограничена. Они не приспособлены к переходу на дистанционное управление регулирующим органом, не способны развивать значительных усилий, а также не могут производить сложного регулирующего воздействия.

Однако, регуляторы прямого действия (поплавковые регуляторы), являются наиболее распространенным типом регуляторов числа оборотов двигателей внутреннего сгорания. Их достоинствами являются простота конструкции, отсутствие вспомогательных агрегатов и простота обслуживания. Правда такие регуляторы имеют и ряд недостатков, к числу которых относится необходимость создания чувствительным элементом значительных перестановочных усилий, передаваемых органу ( органам) управления, что увеличивает габариты самого регулятора.

В свою очередь, регуляторы прямого действия обладают меньшей чувствительностью, чем регуляторы непрямого действия. У регулятора непрямого действия силы трения преодолеваются за счет постороннего источника энергии и не требуют значительного изменения усилий на мембрану. Поэтому процесс регулирования происходит здесь более спокойно, без толчков

Регуляторы прямого действия в технике высоких давлений имеют ограниченное применение и служат главным образом в качестве редукторов давления.Регуляторы прямого действия по давлению разделяют на регуляторы низкого, высокого и среднего давления.

Регуляторы прямого действия разделяются по принципу используемой энергии на механические, пневматические, гидравлические и электрические регуляторы, а по режиму работы – на двухрежимные и всережимные.

 

 

На рисунках выше изображены регулятор давления и регулятор температуры.

Регуляторы по отклонению

Электрический сигнал является универсальным. Его легко измерить, преобразовать и подать на вход исполнительного устройства. Рассмотрим устройство и принцип работы аналоговых регуляторов, предшественников современных цифровых систем управления. В качестве измерительного устройства в таких регуляторах служит датчик, преобразующий любую физическую величину (температуру, давление, частоту вращения, расход жидкости или газа и т.д.) в электрический сигнал. Выходной сигнал измерительного устройства поступает на инверсный вход устройства сравнения, на положительный вход которого подается требуемое значение электрического сигнала (установка). Чтобы правильно определить величину установки, необходимо знать коэффициент преобразования измерительного устройства – статическую характеристику этого датчика. Сигнал рассогласования E (отклонение измеренного сигнала от требуемого значения) подается в устройство управления на обработку. В зависимости от того, по какому алгоритму будет обрабатываться сигнал, различают о сновные законы регулирования.

Законы регулирования это математические алгоритмы, в соответствии с которыми в системе управления по отклонению сигнал ошибки слежения (отклонение), преобразуется в сигнал управления, подаваемый на исполнительный механизм САУ или непосредственно на объект управления, если ИМ и РО включены в состав модели последнего. Законы регулирования позволяют САУ решать возложенные на нее задачи: осуществлять слежение и стабилизацию с требуемым качеством. Наиболее часто используются на практике регуляторы, реализующие П-, ПИ- и ПИД- законы регулирования (пропорциональный, пропорционально-интегральный и пропорционально – интегрально - дифференциальный).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: