Меню

Релейный регулятор с гистерезисом

Релейный регулятор с гистерезисом

Проанализировав закон трехпозиционного регулирования (2.1), можно сделать вывод о том, что четыре переменных допускают варьирование в достаточно широких пределах: ширина зоны нечувствительности (параметр A), а также значения верхней (), средней (Uср) и нижней () позиций. Следовательно, все они подходят для использования в качестве параметров настройки. Все трехпозиционные регуляторы должны иметь возможность настройки ширины зоны нечувствительности. На практике чаще всего применение находят регуляторы трех типов:
— с фиксированными позициями и настройкой ширины зоны нечувствительности;
— с фиксированными верхней и нижней позициями и настройкой средней позиции и ширины зоны нечувствительности;
— с возможностью настройки всех трех позиций и ширины зоны нечувствительности.
Чем больше параметров настройки имеет регулятор, тем сложнее его конструкция, а также, возможно, и конструкция исполнительного устройства, и тем сложнее его настраивать.
Настройка средней позиции. Регулирующее воздействие в средней позиции обычно выбирают так, чтобы оно было равно нагрузке объекта. Применительно к системе на рис. 2.2,б, регулирующее воздействие в средней позиции следует выбирать таким, чтобы обеспечить равенство Jпр = Jст.
Найти такое значение средней позиции можно по статической характеристике объекта регулирования (кривая 1 на рис. 2.5).

На графике статической характеристики проводят горизонтальную линию заданного значения Xзд до пересечения с кривой 1, и из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Полученное на этой оси значение регулирующего воздействия используют в качестве значения средней позиции трехпозиционного регулятора Uср.

Источник:
Дубровский И. И. Теория и практика применения позиционных законов регулирования в химической технологии / И. И. Дубровский, В. Л. Лукьянов, В. З. Магергут. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 192 с.

Источник

Одноплечевой широтно-импульсный преобразователь с релейным регулирования тока

Во всех полупроводниковых преобразователях с источником питания постоянного тока (ШИП, АИН) транзисторы одного плеча моста обычно переключаются в противофазе. При этом всегда предусматривается задержка между выключением одного и включением другого. Эта задержка составляет несколько микросекунд и предусматривается для исключения сквозных токов через плечо моста.. Влияние этой задержки на электромагнитные процессы преобразователя пренебрежительно мала. Поэтому в дальнейшем эта задержка не читывается

Одноплечевой ШИП с симметричным законом управлением.

К преобразователям постоянного напряжения относятся широтно-импульсные преобразователи и импульсные источники электропитания постоянного тока.

Широтно-импульсные преобразователи (ШИП) используются, как правило, в системах постоянного тока. По построению ШИП можно разделить на одноплечевые и мостовые (двухплечевые). Питание первых осуществляется от источника со средней точкой.

Для управления ШИП используются в основном три способа (алгоритма) переключения полупроводниковых ключей:

Два последних способа используются в мостовых ШИП.

Читайте также:  Астатические регуляторы давления газа

Схема одноплечевого транзисторного ШИП представлена на рис.7.3,а.

При симметричном способе управления транзисторы плеча переключаются в противофазе (рис.7.3,г).

Рассмотрим последовательность образования коммутационных интервалов и электромагнитные процессы в ШИП при симметричном управлении для общего случая R,L нагрузки с противо э.д.с. При включении верхнего по схеме транзистора VT1 и выключении нижнего VT2, образуется цепь (рис.7.3,б) для протекания тока нагрузки. К нагрузке в этом интервале прикладывается напряжение питания , а ток увеличивается от минимального значения до максимального (рис.7.3,г). Напряжения на транзисторе VT1 на этом интервале равно нулю, а ток равен току нагрузки. На транзисторе VT2 напряжение равно , это напряжение является отрицательным для диода D2 и ток через него равен нулю. При включении нижнего по схеме транзистора VT2 и выключении верхнего VT1, ток, поддерживаемый индуктивностью нагрузки, продолжает протекать в том же направлении. При этом образуется цепь, показанная на (рис.7.3, в), в которой ток нагрузки протекает навстречу э.д.с. Е и источнику питания. На этом интервале напряжение на нагрузке изменяет знак, а ток уменьшается (рис.7.3,г).

К транзистору VT1 прикладывается напряжение , D2 открыт, напряжение на нем равно нулю, а ток равен току нагрузки (рис.7.3,в).

Рис.7.3. Схемы широтно-ипульсных преобразователей (ШИП)

Если к началу рассматриваемого интервала в индуктивности нагрузки накоплена достаточная энергия, то такое состояние цепи сохраняется до очередного переключения транзисторов плеча. Если эта энергия недостаточна, то ток может упасть до нуля, а затем изменить направление под действием напряжения и э.д.с. Е. В этом случае он переходит с диода D2 на транзистор VT2.

Поскольку диод и транзистор во включенном состоянии считаются идеально замкнутыми ключами, то на анализ электромагнитных процессов переход тока с диода на транзистор не сказывается. При этом реализуется два состояния силовой части ШИП: одно – когда VT1 включен, а VT2 выключен; второе – когда VT1 выключен, а VT2 включен. Длительности этих состояний соответственно равны и , где — относительная длительность первого состояния, изменяющаяся от 0 до 1 в зависимости от величины сигнала управления.

Рис.7.4. Функциональная схема, реализующая симметричное управление ШИП

Поэтому можно считать, что в схеме на периоде образуются два коммутационных интервала, схемы замещения на которых показаны на (рис.7.3,б,в). При симметричном законе формируется знакопеременное напряжение на нагрузке, а среднее значение этого напряжения определяется из выражения:

оно равно нулю при , при среднее напряжение на нагрузке положительное, при — отрицательное.

Функциональная схема управления (СУ), реализующая симметричное управление ШИП показана на (рис.7.4.).

Генератор пилообразного напряжения (ГПН) вырабатывает (пилообразное напряжение) с периодом Т. Схема сравнения (СС) представляет собой релейный элемент, который переключается с плюса на минус и обратно, в момент равенства напряжения с выхода ГПН и напряжения управления на входе (рис.7.4.). Для управления ШИП распределитель импульсов (РИ) имеет два выхода: один – прямой, второй – инверсный. Эти импульсы, усиленные усилителями, поступают на базы транзисторов VT1, VT2, переключая их в противофазе.

Читайте также:  Регулятор оборотов давлением масла

Схема одноплечевого ШИП с релейным регулированием тока показана на рис.7.5. В ней использован релейный регулятор с гистерезисом, на вход которого подан сигнал управления (задание тока) и сигнал с датчика реального тока в нагрузке преобразователя. Ширина петли гистерезиса релейного регулятора определяет пульсацию тока нагрузки («токовый коридор»). Частота переключения в этой схеме определяется постоянной времени нагрузки и шириной петли гистерезиса релейного регулятора. Электромагнитные процессы в схеме показаны на рис. Главная особенность этой схемы состоит в том, что ШИП здесь является источником тока. Кроме того, такая схема, как динамическое звено, является безинерционным.

Рис.7.5. Одноплечевой широтно-импульсный преобразователь с релейным

Источник



Релейный регулятор с гистерезисом

Релейное управление – самый простой алгоритм из возможных, ведь у насесть только два состояния – вкл и выкл. В этом уроке рассмотрим алгоритмы, которые сделают релейное управление более правильным, позволят сохранить “здоровье” реле и повысят точность регулирования. Начнём с самого простого и очевидного:

Данный код не нуждается в комментариях, он просто включает реле, когда условная температура ниже 50 градусов, и выключает, когда она выше. Если вызывать данный код без задержки или таймера – мы получим жуткий дребезг в момент включения и выключения реле, так как шумы измерений будут постоянно менять результат условия:

Зелёный график – как раз состояние реле. Ужас! Из этого графика также следует неутешительный вывод: значения надо фильтровать, это сильно увеличит стабильность системы. Фильтры мы подробно разбирали вот в этом уроке.

Первым шагом к созданию нормального релейного регулятора является период работы регулятора, его можно реализовать как задержкой (не рекомендуется, сами понимаете), так и таймером на миллис:

Период 1 секунда

И ситуация в корне изменится, ведь даже при всём желании реле не сможет переключаться чаще, чем раз в секунду!

Гистерезис

Второй способ – гистерезис, позволяет ещё сильнее уменьшить количество переключений реле и даже избавиться от опроса по таймеру, что повышает реакцию системы на изменения, сохранив при этом хорошую устойчивость к помехам. Гистерезис разделяет установку на две, чуть меньше и чуть больше, на размер окна гистерезиса.

Логика работы такова, что мы включаем реле на нагрев ниже нижней линии, и выключаем только выше верхней. То есть образуется область, внутри которой система грубо говоря движется по инерции от последнего переключения и переходит в новое состояние только при выходе из этой области. Понятное дело, что добавление гистерезиса сильно уменьшает не только количество переключений реле, но и точность, потому что мы своими собственными руками задаём область, точность внутри которой нам фактически безразлична, как и шумы измерения. В коде гистерезис можно реализовать так:

Читайте также:  555 таймер двигатель регулятор

Для примера ниже используется библиотека thermistorMinim.h, скачать можно здесь.

Полный код примера с отладкой

Работает оно следующим образом:

Отлично! Теперь нам не страшны шумы и износ реле, но мы фактически “раскачали” систему, заставляя её включаться чуть ниже заданной температуры, а выключаться – чуть выше. Колебания температуры стали сильнее, и это не очень приятно. Есть ли способ их избежать? Да!

Хитрый алгоритм с опережением

Рассмотренный далее алгоритм позволяет выключать и включать реле заранее, анализируя скорость изменения температуры. Если система чувствует, что температура растёт и может подняться выше установки – она выключает реле, и наоборот. Такой способ называется управлением с обратной связью по скорости изменения величины. Сама скорость изменения вводится в алгоритм как производная – изменение величины, делённое на время, за которое произошло изменение. Далее это изменение умножается на некий коэффициент, который играет роль коэффициента усиления и уникален для каждой системы, подбирается вручную в диапазоне от 0.001 до 1000, зависит от инертности системы и выбранного периода работы регулятора. Сам алгоритм можно представить в виде функции:

Данный алгоритм реализован у меня в библиотеке GyverRelay, вот тут на неё есть вся документация, примеры и прочее. Рассмотрим простой пример:

Как можно видеть, библиотека очень простая: настраиваем установку и гистерезис – система будет стараться удержать установку внутри него, то есть он играет больше роль окна точности. Далее передаём в регулятор значение с датчика, а он нам выдаёт 1 или 0 – включать или выключать реле. И всё!

График на той же системе выглядит вот так, регулятор работает просто потрясающе! Такая точность даже и не снилась классическим схемам с гистерезисом.

Как настроить: для быстрой системы, как у меня (обмотанный нихромом термистор), нужно выбирать время опроса датчика поменьше, то есть опрашивать датчик почаще. У меня хороший результат получился на 2 опросах в секунду. Для больших инерционных систем можно брать период в несколько секунд или даже минут. Алгоритм измеряет скорость изменения температуры за это время и умножает его на коэффициент. Если во время работы система перелетает через гистерезис, нужно увеличить коэффициент, чтобы реле выключалось и включалось раньше.

Источник