 |
Понятие позиционных алгоритмов регулирования: 2-х позиционный
|
|
|
|
Релейные (позиционные) регуляторы выдают сигнал, который обеспечивает перемещение регулирующего органа в одно из фиксированных положений (позиций). Их может быть два, три и более. По количеству позиций различают двух-, трех- и многопозиционные регуляторы.
Двухпозиционные регуляторы
Двухпозиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием, не требуют настройки и просты в эксплуатации. Эти регуляторы представляют обычный и наиболее широко распространенный метод регулирования. Двухпозиционные регуляторы используются для управления переключательными элементами - дискретными исполнительными устройствами:
- электромеханическими реле,
- контакторами,
- транзисторными ключами,
- симисторными или тиристорными устройствами,
- твердотельными реле и др.
В простейшем случае (без обратной связи) двухпозиционный регулятор работает как двухпозиционный переключатель. Например, мощность, подаваемая на нагреватель, имеет только два значения - максимальное и минимальное (нулевое), две позиции (отсюда и название регулятора - двухпозиционный) - нагреватель полностью включен или полностью выключен. Структурная схема двухпозиционной системы регулирования приведена на рис. 3.1..
Рисунок 3.1 - Структурная схема двухпозиционной системы регулирования
где: АР – двухпозиционный регулятор, ОУ – обьект управления, SP – узел формирования заданной точки (задания), Е – рассогласование регулятора, PV=X – регулируемая величина, У – управляющее воздействие, Z – возмущающее воздействие.
Для предотвращения «дребезга» управляющего выходного устройства (например, реле) и исполнительного механизма (например, нагревательного элемента) вблизи задания SP (слишком частого включения нагревателя), предусматривается гистерезис Н. Например, описание работы двухпозиционной системы регулирования температуры в печи с помощью нагревателя, может быть представлено следующим образом:
|
|
|
1. нагреватель включен, пока температура в печи (X=PV) не достигнет значения заданной точки SP.
2. выход регулятора Y (нагреватель) отключается, если регулируемая величина (температура) выше заданной точки SP.
3. повторное включение нагревателя происходит после уменьшения температуры до значения SP-H,т.е. с учетом гистерезиса H переключательного элемента.
3.1.2 Алгоритмы двухпозиционного регулирования
Алгоритм двухпозиционных регуляторов определяется статической характеристикой: зависимостью выходного сигнала Y от входного Х (см. рис. 3.2).
Рисунок 3.2 - Статическая характеристика двухпозиционной системы регулирования
Выходная величина Y равна максимальному воздействию - нагреватель включен:
Y = max при X<SP-H, где H-значение гистерезиса. Выходная величина Y равна минимальному воздействию - нагреватель выключен:
Y = 0 при X > SP, где H-значение гистерезиса.
3.1.3 Зона гистерезиса
Ширина зоны гистерезиса в современных двухпозиционных регуляторах является единственным программируемым параметром настройки. Представление зоны гистерезиса описывается в руководстве по эксплуатации на соответствующий тип регулятора или систему регулирования. Основные варианты представления зоны гистерезиса показаны на рис.3.3.
Рисунок 3.3 - Основные варианты представления зоны гистерезиса
Смысл вариантов представления зоны гистерезиса понятен из рисунка 3.3. Назначение гистерезиса Н - предотвращение «дребезга» управляющего выходного устройства (например, реле) вблизи задания SP от слишком частого включения нагревателя. В литературе по автоматизации также встречаются другие наименования параметра зоны гистерезиса – зона нечувствительности, зона возврата, зона неравномерности, дифференциал. Гистерезис (в некоторых типах регуляторов) может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Отрицательные значения гистерезиса используются в основном для упреждения или задержки включения (выключения) выходных устройств. Например, включение выходного устройства по значению задания SP меньшем на величину гистерезиса Н - включение с упреждением, или выключение выходного устройства по значению задания SP меньшем на величину гистерезиса Н - выключение с задержкой. Эти типы гистерезиса применяются для того, чтобы учесть инерционность обьектов регулирования.
|
|
|
3.1.4 Процессы регулирования с двухпозиционным законом
Процесс двухпозиционного регулирования является автоколебательным - регулируемая величина как в переходном, так и в установившемся режиме периодически изменяется относительно заданного значения (см. рис. 3.4), т.е. регулируемая величина PV (X) подвержена незатухающим колебаниям. Показателями автоколебательного режима являются амплитуда автоколебаний Ак и период автоколебаний Тк. Частота и амплитуда колебаний зависят и определяются следующими величинами:
от времени транспортного запаздывания τd,
от постоянной времени обьекта Т (определяется инерционностью объекта),
от максимальной скорости R изменения параметра Х (определяется по переходной характеристике),от величины гистерезиса H переключательного элемента регулятора. 
Рисунок 3.4 - Процесс регулирования с двухпозиционным законом
Для объектов с большой инерционностью (большим значением постоянной времени обьекта Т) и смалым запаздыванием τd регулирование происходит с постоянными колебаниями до 5-15% от задания SP.
Чем больше гистерезис Н, отношение τd /Т, R - тем больше амплитуда колебаний Ак.
Чем больше время запаздывания τd и постоянная времени обьекта Т - тем больше период колебаний Тк (см. рис.3.4).
Точность регулирования технологического параметра, например, температуры зависит от величины гистерезиса. Чем меньше гистерезис, тем точнее регулирование, но тем чаще включается нагреватель и тем самым больше износ коммутационных элементов (например, реле). Уменьшая гистерезис можно повысить качество регулирования до некоторого предела, определяемого параметрами обьекта регулирования (тепловой инерцией, мощностью нагревателя, тепловой связью нагревателя и обьекта и др.)
|
|
|
