Раздел 3. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

 

Объект автоматического регулирования

Основной задачей САР является поддержание на постоянном уровне или изменение по заданной программе величин, определяющих нормальное протекание технологического процесса, автоматически, т.е. без участия человека.

Объект САР – это объект, в котором протекает тот или иной регулируемый процесс, а параметры, подлежащие регулированию, называют регулируемыми параметрами. В системе автоматического регулирования выделяют входные, выходные величины, а также управляющие и возмущающие воздействия.

 

Простейшая структура САР

 

Y

X

U

F

X – вектор входных величин

U – вектор управляющих (регулирующих) воздействий

F – вектор возмущающих воздействий

Y – вектор выходных величин

 

На рис. 41 приведена функциональная схема САР.

Внешнее возмущение

Объект регулирования

Чувствительный элемент (датчик)

Управляющее устройство

Задающее устройство

Усилительное устройство

Исполнительный механизм

Регулирующий орган

U=f (Δ Y)

Yзад

Yизм

Yизм

U

 

Рис. 41.Функциональная схема САР

 

Классификация объектов

Объекты системы автоматического регулирования делят на:

· одномерные и многомерные

· объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами

· статические и астатические объекты

 

Одномерные объекты имеют одну выходную величину и описываются одним уравнением статики и одним уравнением динамики. В качестве одного объекта можно рассматривать резервуар для жидкости (рис. 42).

 

L(y)

y (L)

x(Fp)

z(Fпр)

Fр(х)

Fпр(z)

 

Рис. 42. Схема резервуара для жидкости (а) и структурная схема динамических каналов резервуара (б)

 

Уравнение статики L = f (Fпр; Fp) (1)

Уравнение динамики L = f (Fпр; Fp; t)

где L – уровень жидкости в резервуаре (регулируемая величина); Fпр – величина притока (возмущающее воздействие); Fp – величина расхода (управляющее воздействие).

Уравнение в общем виде у = f (x; z), у = f (x; z; t)

Многомерные объекты содержат по две и больше выходных величин. Число уравнений (1) должно соответствовать числу этих величин.

Объекты с сосредоточенными параметрами – регулируемые величины имеют одно числовое значение в данный момент времени.

Объект с распределенными параметрами – такие объекты, регулируемые величины которых имеют разные числовые значения в разных точках объекта в данный момент времени. Такие объекты отличаются большими размерами или большой протяженностью.

Статические объекты – выходной сигнал после нанесения возмущения принимает новое установившиеся значение. Такие объекты называются объектами с самовыравниванием.

Астатические объекты – выходной сигнал после нанесения возмущения принимает установившиеся значение (объект без самовыравнивания). Выходной сигнал может неограниченно меняться вплоть до аварийного состояния.

 

Свойства объектов

1. Самовыравнивание – способность объектов переходить из одного установившегося состояния в другое по окончанию переходного процесса при скачкообразном входном воздействии.

Количественно характеризуется степенью самовыравнивания ρ, под которой понимают отношение изменения выходной величины по достижению объекта равновесного состояния у_∞ .

ρ = х / у_∞ , ρ = z / у_∞

Чем больше ρ, тем меньше отклонение выходной величины от первоначального положения.

2. Емкость объекта – свойство, присущее всем динамическим объектам и характеризует их инерционность, т.е. степень влияния входной величины на скорость изменения выходной.

Емкость – такое изменение входной величины, которое приводит к изменению выходной величины на единицу за единичный отрезок времени.
С = х/(dy/dt)

3. Запаздывание – выражается в том, что выходная величина объекта начинает изменятся не сразу после нанесения возмущения, а только через некоторый промежуток времени τ.

τ = l/S,

где l – расстояние от места нанесения возмущения до места, где фиксированное изменение выходной величины; S – скорость прохождения сигнала. Запаздывание бывает переходное (емкостное) и передаточное (чистое).

В промышленных условиях автоматизация систем и их элементов может находиться в двух состояниях – статическом (равновесном) и динамическом (неравновесном).

Статический режим характеризируется постоянством во времени входных, выходных и промежуточных величин. Динамический режим соответствует переходу элемента из одного установившегося состояния в другое, при котором х и у меняется во времени.

Поведение системы в статике характеризуется статической характеристикой – зависимостью выходной величины от входной в установившемся режиме. Она может быть представлена графически (рис. 43) или алгебраическим уравнением.

 

уч

хч

нелинейная схема

уч

хч

0ч

линеаризованная схема

уч

хч

0ч

линейная схема

 

Рис. 43. Статические характеристики звеньев

 

Динамические характеристики характеризуют переходный процесс и описывают дифференциальными уравнениями.

Переходной процесс – это изменение во времени выходных величины системы от момента нанесения возмущающего воздействия до прихода ее в равновесное состояния. Переходный процесс у(t) имеет составляющую свободного движения у_с(t) определяемую свойствами системы и начальными условиями, и составляющую вынужденного движения у_в(t), определяемую свойствами системы и видом воздействия.

В общем виде уравнение имеет вид

у(t)= у_с(t)+ у_в(t).

 

Виды переходных процессов при нанесении импульсного входного сигнала для различных систем представлены на рис. 44.

 

 

уч

tч

Колебательный гармонический

уч

tч

0ч

Колебательный сходящийся

уч

tч

0ч

Периодический сходящийся

а)

в)

б)

Апериодический расходящийся

Колебательный расходящийся

уч

tч

0ч

г)

уч

хч

0ч

д)

 

Рис. 44. Переходные процессы в САУ

 

Под устойчивостью понимают свойства системы самостоятельно возвращаться к равновесному состоянию после устранения возмущений. При этом Следовательно, переходные процессы на рис. 44, а и б соответствуют устойчивой САУ, на рис.44, г и д – неустойчивой САУ, на рис. 44, в – САУ, находящаяся на границе устойчивости.

 

Виды воздействий и сигналов

Существует многообразие воздействий и сигналов, наблюдаемых в системах автоматического регулирования.

х

t

х

t

х

t

х

t

а)

г)

в)

б)

а) регулярный (детерминированный) сигнал, изменяется по определенному закону и может быть описан конкретной математической функцией времени.

б) нерегулярный (случайный), изменяется во времени случайным образом и может быть представлен конкретной математической функцией.

в) если значения регулируемого и нерегулируемого сигнала определено в каждый момент времени, то он является непрерывным

г) если значение сигнала определяется в определенный момент времен, то такие сигналы называются дискретными.

 

При исследовании автоматических систем и их элементов используют стандартные сигналы, называемые типовыми воздействиями. Эти воздействия описываются простыми математическими функциями (рис. ).

1. Единичное ступенчатое воздействие – мгновенно взрастает от 0 до некоторого значения 1 и далее остается постоянным.

1(t)

x(t)=1(t)

x

t

2. единичное импульсное воздействие

h

x(t)=δ (t)

x

t

Δ t

3. гармоничное

x(t)=xmsin ω t

x

t

h

Рис. 45. Виды типовых воздействий

 

Переходная характеристика звена h(t) - это реакция элемента на единичное ступенчатое воздействие при нулевых начальных условиях.

t

h

h∞

ω (t) – функция веса, это реакция звена на единичное импульсное воздействие при нулевых начальных условиях.

t

ω (t)

Переходная характеристика и функция веса являются временными характеристиками.

Автоматические регуляторы

Классификация автоматических регуляторов

1. По роду энергии, используемой для приведения в действия:

а) пневматические;

б) электрические;

в) гидравлические;

г) колебательные.

2. По назначению различают регуляторы расхода, давления, температуры, уровня, соотношения параметров.

3. По способу действия: непосредственного или прямого действия и косвенного действия.

В регуляторах прямого действия усилие, необходимое для перемещения регулируемого органа, создается чувствительным элементом.

Регуляторы косвенного действия используют энергию постороннего источника.

4. По характеру изменения скорости регулирующего воздействия: с постоянной скоростью перемещения РО и с переменной скоростью перемещения РО.

5. По характеру действия различают регуляторы непрерывного (интегральные) и прерывистого действия.

Интегральные: И-регуляторы (астатические), пропорциональные П-регуляторы (статические) и изодромные ПИ-регуляторы.

Позиционные: импульсные и релейные.

Интегральными называют регуляторы, у которых при отклонении регулируемого параметра от заданного значения РО перемещается в одном направлении в пределах рабочего хода до тех пор, пока регулируемый параметр снова не примет заданного значения.

Пропорциональными называются регуляторы, у которых величина перемещения РО пропорциональна отклонению регулируемого параметра, т.е. каждое значение регулируемого параметра соответствует определенное положение РО.

Изодромные регуляторы обладают одновременно свойствами П-регуляторов и И-регуляторов.

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Автоматическое оборудование для сборки.
2. Административно-правовое регулирование въезда в Россию и выезда граждан за границу.
3. Антимонопольное законодательство и антимонопольное регулирование: мировой опыт и особенности в Республике Беларусь
4. АПВ(автоматическое повторное включение).
5. Банковское РЕГУЛИРОВАНИЕ и банковский надзор цб рф
6. Безработица: измерение, формы, естественный уровень. Закон Оукена. Регулирование уровня безработицы
7. Валютное регулирование и контроль
8. Валютный контроль: нормативное регулирование, понятие, основные направления, субъекты, методы. Виды и меры отв-сти за нарушение валютного законод-ва.
9. Валютный рынок и валютное регулирование в России.
10. Вопрос 40 денежно кредитная система и её регулирование
11. Глава 22. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
12. Глава 22. Правовое регулирование рекламной деятельности