Меню

Системы с релейно импульсным регулятором

Двухпозиционное релейно-импульсное регулирование

Двухпозиционное релейно-импульсное регулирование осуществляется с помощью регулятора, имеющего двухпозиционное устройство со статической характеристикой без зоны неоднозначности, которое переключается в зависимости от полярности входного сигнала регулятора, и импульсное устройство, формирующее на выходе регулятора последовательные импульсы постоянной величины, длительность, полярность и скважность которых определяется полярностью входного сигнала регулятора.

Полярность выходной величины двухпозиционного устройства противоположна полярности входного сигнала и равна +Bl при 0 (рис. 1-3).

Полярность выходной величины импульсного устройства совпадает с поляр­ностью входного сигнала регулятора, постоянна по величине и равна
(B1 + B2) при > 0 и – (B1 + B2) при

В конце каждого импульса притока и оттока энергии при поступлении на вход регулятора отрицательного сигнала значение регулируемой величины определяется следующими выражениями

где t1 – длительность положительного импульса регулирующего воздействия на объект при отрицательном входном сигнале регулятора;

t2 – длительность отрицательного импульса регулирующего воздействия на объект при отрицательном входном сигнале регулятора.

Используя метод полной математической индукции, находим, что положение регулируемой величины от заданного значения после (2n+1) переключений регулятора равно.

При поступлении на вход регулятора положительного сигнала отрицательное отклонение (рис. 3-5) регулируемой величины после (2m + 1) переключений регулятора равно

где t3 – длительность отрицательного импульса регулирующего воздействия на объект при положительном входном сигнале регулятора;

t4 – длительность положительном импульса регулирующего воздействия на объект при положительном входном сигнале регулятора.

На рис. 3-6 представлен процесс регулирования в установившемся состоянии при двухпозиционном релейно-импульсном регулировании объектов с самовыравниванием при наличии запаздывания.

Рис. 3-6. Установившийся процесс двухпозиционного регулирования и двухпозиционного релейно-импульсного регулирования объекта с самовыравниванием при наличии запаздывания

Положительная амплитуда колебаний регулируемой величины при простом двухпозиционном регулировании равна:

Из рис. 3-5 и 3-6 следует, что наибольшая положительная амплитуда колебаний регулируемой величины при двухпозиционном релейно-импульсном регулировании будет при

где n – число полных циклов длительностью за время запаздывания объекта.

С учетом этого, а также рис. 3-5 и 3-6 можно записать:

Обозначив отношение , найдем

Аналогично находит отрицательную амплитуду колебаний при двухпозиционном релейно-импульсном регулировании

Из выражений (3-7) – (3-10) и рис. 3-6 следует, что при двухпозиционном релейно-импульсном регулировании объектов с самовыравниванием диапазон колебаний регулируемой величины при соответствующем выборе и может быть существенно уменьшен (теоретически до нуля) при любом запаздывании в системе.

Положительная амплитуда колебаний при двухпозиционном релейно-импульсном регулировании объекта без самовыравнивания будет равна

Так как положительная амплитуда при простом двухпозиционном регулировании в этом случае равна , то кратность ее уменьшения при двухпозиционном релейно-импульсном регулировании объекта без самовыравнивания определяется выражением

Кратность уменьшения отрицательной амплитуды колебаний

Рис. 3-7. Установившийся процесс двухпозиционного регулирования и двухпозиционного релейно-импульсного регулирования объекта без самовыравнивания при наличии запаздывания

Из выражений (3-12) и (3-14) следует, что для получения большей кратности уменьшения диапазона колебаний необходимо настраивать импульсную часть регулятора таким образом, чтобы значения и были близкими к максимальным.

В этом случае кратности уменьшения положительной и отрицательной амплитуд соответственно равны

При симметричной статической характеристике двухпозиционной части регулятора

В этом случае, например, при n = 10, из выражения (3-15) найдем, что положительная амплитуда колебаний уменьшается в 21 раз.

При наличии возмущающих воздействий на систему выбирать равными и нельзя, так как при этом регулятор не будет иметь возможности компенсировать возмущающие воздействия на объект.

Оптимальные значения и необходимо выбирать из условия

где и – минимальные регулирующие воздействия на объект соответственно при включении и выключении регулятора при максимальных возмущающих воздействиях;

и – максимальные регулирующие воздействия на объект соответственно при включении и выключении регулятора при максимальных возмущающих воздействиях.

На рис. 3-8 представлена одна из возможных схем двухпозиционного релейно-импульсном регулирования.

Рис. 3-8. Схема автоматического двухпозиционного релейно-импульсного регулирования температуры электропечи

Регулятор состоит из двухпозиционной части, образованной контактной группой Кр двухпозиционного измерительного устройства, и импульсной части, состоящей из двух импульс-пар.

При значении температуре ниже заданной размыкающие контакты контактной группы Кр и размыкающий контакт реле Р2 в электропечь подается энергия. Одновременно работает пульс-пара на реле Р1 и Р2, которая периодически прекращает подачу энергии в объект от регулятора.

Читайте также:  Реле регулятора рено символ

При значениях температуры выше заданной размыкается замыкающий контакт контактной группы КР. Подача энергии в объект прекращается и одновременно начинает работать пульс-пара на реле Р3 и Р4, которая через определенные промежутки времени будет возобновлять подачу энергии в электропечь через замыкающий контакт Р4.

Импульсная часть регулятора настраивается путем изменения уставок реле времени Р2 и Р4.

При первоначальном включении объекта для его форсированного вывода на заданный режим можно

3-3. Электромеханические приставки
к двухпозиционным регуляторам

Для улучшения качества двухпозиционного регулирования находят широкое применение электромеханические корректирующие приставки. На
рис. 3-9 представлена одна из таких приставок.

Рис. 3-9. Принципиальная схема электромеханической приставки

Она состоит из синхронного двигателя, например, типа СД с редуктором, кулачка с контактной группой Кп, переключателя П на два положения А и В и реле Р.

К зажимам 1, 2 подается питание, к зажимам 3, 4 подключается двухпозиционный регулятор, а к зажимам 5, 6 магнитный пускатель ПМ, коммутирующий подачу энергии в объект.

Рассмотрим процесс двухпозиционного регулирования с корректирующей электромеханической приставкой объекта без самовыравнивания.

Если статическая характеристика двухпозиционного регулятора несимметрична (рис. 1-5,б) и , то переключатель П устанавливается в положение А. В этом случае при вклю­чении регулятора выходное значение регулируемой величины х будет непрерывно возрастать до заданного, так как контакт Кр двухпозиционного регулятора нормально замкнут, вследствие чего катушка реле Р возбуждена и ПМ получает постоянное питание.

При достижении выходной величиной заданного значения контакт Кр размыкается, катушка реле Р обесточивается и ПМ отключается от питания. При этом двигатель СД начнет вращать кулачок, отрабатывая время to. По истечении этого времени замыкается контакт Кп и ПМ вновь получает питание в течение времени tн.

Благодаря запаздыванию в системе при выходном значении отклонения регулируемой величины, равном нулю (х = 0), промежуточное значение регулируе­мой величины (рис. 1-15) равно . Так как выходная величина следует за промежуточной с запаздыванием на , то будет равна положительной амплитуде колебаний регулируемой величины (рис. 3-10) при двухпозиционном регулировании без коррекции.

Аналогично, отрицательная амплитуда колебаний равна .

На рис. 3-10 представлен процесс двухпозиционного регулиро­вания с коррекцией.

Величины времени и определяются путем расчета или графически таким образом, чтобы среднее значение параметра постепенно снижалось до заданного при .

Дальнейшее систематическое уменьшение параметра приостанавливается благодаря тому, что с этого момента система (объект – регулятор) начинает через электромеханическую приставку оказывать стабилизирующее действие на процесс регулирования.

Так, при происходит включение ПМ и выключение двигателя СД, так как в это время контакт Кр замкнется и катушка реле Р возбудится. При контакт Кр разомкнётся и двигатель начнет отрабатывать остаток времени.

Как видно из рис. 3-10, электромеханическая корректирующая приставка значительно уменьшает диапазон колебаний регулируемой величины.

Рис. 3-10. Установившийся процесс двухпозиционного регулирования с электромеханической корректирующей приставкой объекта с запаздыванием при несимметричной статической характеристике регулятора

Уравнения двух линий, пересекающихся в точке а:

Из рис. 3-10 для точки можем записать

Так как , то с учетом этого найдем

Для осуществления устойчивой коррекции необходимо (рис. 3-10), чтобы время находилось в пределах или

С учетом этого при настройке электромеханической приставки величину времени можно определить из условия

Время времени формирования может быть определено как сумма времени формирования переднего фронта и времени формирования заднего фронта треугольного положительного импульса

В свою очередь, подставляя в выражение для , получаем

Величину можно найти из условия

Таким образом, число оборотов кулачка корректирующей приставки должно быть равно

Когда двухпозиционный регулятор имеет несимметричную статическую характеристику и , переключатель П электромеханической приставки необходимо перевести в положение В. В этом случае двухпозиционное регулирование с коррекцией имеет вид, представленный на рис. 3-11.

Рис. 3-11. Установившийся процесс двухпозиционного регулирования с электромеханической корректирующей приставкой объекта с запаздыванием при несимметричной статической характеристике регулятора

Параметры настройки электромеханической приставки при определяются выражениями:

Читайте также:  Регулятор давления для баллонного газа

Для форсированного вывода системы на заданный режим при первоначальном включении регулятора переключатель П следует переводить в положение В после достижения регулируемой величиной заданного значения. Выведенными формулами для определения параметров настройки электромеханической корректирующей приставки можно пользоваться и для объекта с самовыравниванием при условии линеаризации
(1-52) установившегося процесса двухпозиционного регулирования.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Источник



Непрерывное, релейное и импульсное регулирование

date image2015-07-14
views image6332

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

В зависимости от принципа формирования регулирующего воздействия САР делят на системы непрерывного и прерывистого (дискретного) действия.

В непрерывной системе необходимая для управления информация есть в любой момент времени, сигналы (воздействия) в ней непрерывны во времени и по уровню. Связи между элементами сохраняются всегда, т.е. любое непрерывное изменение входного сигнала во времени вызывает также непрерывное изменение входных и выходных сигналов у всех последующих элементов. Статические характеристики всех элементов непрерывны, регулирующее воздействие — непрерывная функция входного сигнала. Если, например, входной сигнал x(t)в системе меняется так, как показано на рисунок 5.12, а,то и регулирующее воздействие на ее выходе yн(t)имеет такой же (рисунок 5.12, б)характер изменения (при условии, что ни один из элементов системы не вошел в зону насыщения). Примеры систем непрерывного действия — это САР, показанные на рисунок 5.12.

Линейной называют САР, все элементы которой описываются линейными дифференциальными или разностными уравнениями. В отличие от линейной в нелинейной САР непрерывная связь между входящими в нее элементами также сохраняется, но нет пропорциональности между регулирующим воздействием на ее выходе и текущим значением входного сигнала (пунктир на рисунок 5.12, б).

х — входной сигнал; х— порог отпускания реле; хс— порог срабатывания реле; Sро — перемещение регулирующего органа; t1, t2— время срабатывания реле в прямом и обратном направлении; А(х), τ(х), Т(х)— амплитуда, длительность и период повторения импульсов; ун, ур, уи1уи3— выходные сигналы

Рисунок 5.12 – Виды регулирующих воздействий в системах непрерывного (а, б), релейного (в-д) и импульсного (е-з) регулирования

Большую группу составляют системы прерывистого регулирования, или дискретные, в которых связи между элементами сохраняются не всегда. Такие системы содержат элемент, который при непрерывном изменении сигнала на входе передаст его дальше прерывисто. В зависимости от принципа преобразования (квантования) сигнала из непрерывного в дискретный — по уровню, по времени или по уровню и времени одновременно — их делят на системы релейного, импульсного и цифрового регулирования.

В систему релейного регулирования входит релейный элемент (реле), имеющий разрывную (релейную) статическую характеристику.

При наличии реле в системе регулирующее воздействие у на ее выходе в зависимости от входной величины может принимать два или три постоянных значения: уmах; уminили уmах, 0; ymin.

Моменты включения и выключения исполнительного элемента в релейной системе зависят от входного воздействия. Если, например, оно изменяется так, как показано на рисунок 5.12, в,то при условии, что цепь управления двигателем разорвана и, следовательно, отработки ошибки не происходит, подаваемое регулирующее воздействие на двигателе изменяется по разрывной ступенчатой функции yp(t)(рисунок 5.12, г). Разрывность объясняется зоной нечувствительности релейного элемента, которая распространяется от +х, до — х.

На рисунок 5.12, дпоказан характер перемещения РО SPО(t) в предположении, что при включенном исполнительном элементе (например, электродвигателе) РО перемещается с постоянной скоростью, а в зоне нечувствительности, когда исполнительный элемент выключен, остается неподвижным. При этом, если время включения исполнительного элемента в обратном на­правлении больше, чем в прямом, т.е. t2>t1, то по окончании процесса регулирования РО занимает новое положение, отличающееся на величину ε от исходного.

Читайте также:  Схема пятиступенчатого регулятора скорости

Релейные системы разделяют на двухпозиционные и трехпозиционные в зависимости от числа возможных положений РО.

Достоинства релейных систем — простота их конструкции и легкость получения большого коэффициента усиления.

В качестве примера рассмотрим релейную систему, предназначенную для регулирования напряжения на дуге при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом путем изменения ее длины (известно, что напряжение на дуге пропорционально ее длине (рисунок 5.13)). В системе используется включенное на выходе усилителя поляризованное реле, которое реагирует на изменение полярности входного воздействия изменением знака выходного сигнала. По достижении отклонения регулируемой величины от задаваемого на данный момент времени Uд=Uд-Uэ, равного напряжению срабатывания реле kyΔUд(где kу— коэффициент усиления усилителя), реле срабатывает в одном или другом направлении (в зависимости от знака рассогласования) и замыкает в цепи якоря двигателя контакт «в» (вверх) или «н» (вниз). В зависимости от того, какой из контактов оказался замкнутым, двигатель возбуждается от обмотки ОВ1 или ОВ2. В результате двигатель через понижающий редуктор поднимает или опускает сварочную головку с постоянной номинальной скоростью, так как UB=const, несмотря на то, что отклонение ΔUдне остается неизменным.

Р – реле; ПР – понижающий редуктор; н, в – контакты в цепи якоря двигателя М; Uв — напряжение питания якорной цепи двигателя;

Рисунок 5.13 – Система релейного регулирования напряжения (длины) сварочной дуги

При отработке ошибки наступает момент, когда kyΔUд

Источник

Вопрос№3. Принцип действия релейно — импульсного ПИ-регулятора

ПИ-регулятор является самым распространенным регулятором, применяемым в различных областях промышленности.

В этом случае релейный усилитель при включении ИМ охватывается ООС в виде апериодического звена с передаточной функцией:

При поступлении на вход регулятора сигнала рассогласования больше половины зоны нечувствительности релейный усилитель срабатывает и включает ИМ, выходной вал которого начинает вращаться с постоянной частотой, перемещая регулирующий орган АСР в сторону ликвидации отклонения регулируемой величины от заданного значения.

Одновременно с подачей постоянного напряжения на ИМ это напряжение подается на устройство ОС.

В качестве таких устройств в большинстве современных регуляторов используются RC-цепи. Напряжение на выходе устройства ООС возрастает по экспоненте. Это напряжение направлено встречно напряжению входного сигнала Е, в результате сигнал на входе релейного элемента начинает уменьшаться.

При релейный элемент усилителя отключится, ИМ остановится, напряжение на входе устройства ООС будет равно 0 (z=0).

После этого конденсатор C цепи ООС начнет разряжаться и выходной сигнал ООС начнет уменьшаться по экспоненте. Сигнал s на входе релейного усилителя начнет возрастать, и при произойдет очередное срабатывание релейного элемента. ИМ включится. Цикл работы технической структуры будет повторяться. Сравнивая реальный закон регулирования с идеальным ПИ-законом, можно сказать, что релейно-импульсный регулятор с ИМ постоянной скорости приближенно отрабатывает ПИ-закон.

Очень важно отметить, что хотя в структуре регулятора есть нелинейные звенья, регулятор обеспечивает достаточную для практики точность реализации ПИ-закона регулирования. Пропорциональная составляющая ПИ-закона приближенно реализуется за счет быстрого начального перемещения ИМ и РО с постоянной скоростью, а интегральная составляющая – за счет последующего автоколебательного режима работы релейного усилителя с ООС, за счет кратковременных перемещений ИМ.

В современных импульсных регуляторах для обеспечения независимой настройки t имп и t пауз цепь ОС обеспечивает различные постоянные времени Т зар и Т раз заряда и разряда конденсатора C.

При включении ИМ переключатель «П» автоматически ставится в положение «з», включается цепь заряда конденсатора. При этом передаточная функция цепи ОС имеет вид

При отключении ИМ переключатель автоматически переводится в положение «разряд». При этом передаточная функция цепи ОС примет вид

Переходный процесс в цепи ОС при включении ИМ (Z=Z н) в соответствии с ПФ «заряда» определяется дифференциальным уравнением:

Переходный процесс в цепи ОС при отключении ИМ (Z=0) в соответствии с ПФ «разряда» определяется дифференциальным уравнением:

Решение дифференциального уравнения при нулевых начальных условиях дает, соответственно:

Источник