Меню

Схема регулятора непрерывного действия

Регуляторы непрерывного типа или как заставить машину подстраиваться под внешние условия.

ТАР-1

Каждый из нас в жизни сталкивался с ситуациями, в которых необходимо непрерывно управлять системой из-за постоянно меняющихся внешних факторов. Например, когда вы управляете автомобилем — необходимо постоянно крутить руль, подстраиваясь под кривизну дороги, а когда готовите пельмени — нужно регулировать мощность нагрева кастрюли, чтоб потом не чистить плиту и т.д. Эти и многие другие процессы требуют постоянного контроля и управления. Как вы уже наверное догадались, речь в этой статье пойдёт о том как научить интеллектуальное устройство делать это вместо вас. Но обо в сём по порядку. Поехали…

Во-первых, стоит дать определение…
Регулятор непрерывного типа — это устройство, реализующее алгоритм, непрерывно преобразующий входные величины в управляющее воздействие. Непонятно? Сейчас это исправим!

Для наглядности дальнейшего изложения в качестве примера возьмём простейшую систему: представьте, что вы находитесь в доме, в котором кроме вас только комнатный термометр и электрическая печь с возможностью регулировать мощность нагрева. Температура в доме «плавает» в некоторой зависимости от уличной температуры. Ваша задача — поддерживать её равной, допустим, 25 °С.

И так, что вы будете делать для этого? Правильно! Вы будете бегать от термометра к нагревателю и обратно, на первом смотреть температуру, а на втором — крутить ручку мощности, чтобы подогнать температуру в комнате к заданному значению. Это и будет алгоритмом ваших действий, а вы будете выполнять роль регулятора. Входной величиной в данном случае являются показания термометра, а управляющим воздействием — угол поворота ручки регулятора мощности. Функцией преобразования входной величины в управляющее воздействие — будет ваше чувство меры, а качество регулирования будет зависеть от того, насколько хорошо оно у вас развито. Для оценки качества регулирования вводится понятие ошибки перерегулирования (или невязки) — это то значение, на которое отличается температура в комнате от заданной после того, как регулятор (в данном случае вы) выдал управляющее воздействие (вы покрутили ручку мощности).

Чтобы лучше закрепить введённые понятия и объяснить что же такое качество регулирования (управления) посмотрим на график изменения температуры:

ошибка регулирования

Так будет выглядеть график изменения температуры за то время, пока вы будете пытаться «поймать» требуемую температуру. А вот так он будет выглядеть, если вы обладаете феноменальным чувством меры:

идеальный регулятор

Так было бы, если бы вы с первого раза «угадали» на сколько нужно подкрутить ручку мощности для достижения требуемого значения температуры. На практике такое вряд ли возможно.

Как вы, наверное, догадываетесь — качество управления во втором случае значительно выше, чем в первом.

Простыми словами можно дать следующее определение:
качество регулирования(управления) — это то, насколько быстро система достигает требуемого состояния.

Но на этом дело не заканчивается… После того, как вам удалось «поймать» нужную температуру, вам нужно будет постоянно следить за термометром и как только, температура в доме начнёт меняться(например под воздействием изменения уличной температуры), вы будете вынуждены заново выполнять настройку мощности обогревателя.

Да, быть регулятором — это тяжкий труд — ни на секунду нельзя отвлечься от выполняемой функции! Именно поэтому на эту работу обычно подряжают интеллектуальные машины. Посмотрим на типовую структурную схему системы, регулирующую температуру.

Читайте также:  Схема тиристорного регулятора оборотов асинхронного

Схема регулирования

регулятор температуры

Регулятор получает значение температуры от датчика, сравнивает его с заданным значением (уставкой) и управляет питающим напряжением обогревателя.
Ну а в реальности регулятор выглядит примерно так:

trm1(измеритель-регулятор одноканальный ОВЕН ТРМ1)

Регуляторы с обратной связью

Еще одно базовое понятие из теории регулирования. Попробуем дать определение простым языком.

регулятор с обратной связью

Обратная связь — способность системы управления отслеживать результаты своего регулирования, с тем чтобы учитывать ошибку управления и корректировать управляющее воздействие. В нашем примере, регулятор постоянно получает показания от датчика, узнаёт тенденцию изменения температуры и в зависимости от этого корректирует своё управляющее воздействие.

А что, бывает по-другому? — спросите вы. Да, бывает.

Например, если бы датчик температуры был установлен на улице, а в регулятор была бы запрограммирована таблица соответствия уличной температуры и мощности нагревателя в доме.

Тогда, регулятор выставлял бы мощность нагревателя в соответствии с этой таблицей, и он не мог бы узнать о результатах своего управления. Например, если кто-то включил бы в доме еще один нагреватель — то, температура в доме повысилась бы, а регулятор, не зная об этом и продолжал бы выдавать прежнее воздействие. Такие регуляторы используют обычно при следующих условиях:

— система является закрытой, т.е. не меняет своего состава(например, если известно, что никто не может включить еще один нагреватель, как в нашем примере, или любым другим способом повлиять на систему «изнутри»).
— достаточно точно известна зависимость между выходной величиной и управляющем воздействием(в нашем примере зависимость температуры в доме от мощности нагревателя).

Кроме того, такие регуляторы используют тогда, когда сложно оценить результаты управляющего воздействия на систему. Например, в многоквартирном доме сложно измерить температуру в каждой из квартир, поэтому теплосеть поддерживает температуру воды в трубах в зависимости от уличной температуры, не используя обратную связь.

Алгоритм работы регулятора

Различные регуляторы отличаются друг от друга принципом действия и математическими алгоритмами, с помощью которых входная величина преобразуется в управляющее воздействие. Наиболее распространённым из регуляторов непрерывного типа является ПИД-регулятор. О его алгоритме можно прочитать в нашей статье . Об алгоритмах работы других регуляторов мы обязательно расскажем в одной из следующих статей.

Заключение

В этой статье мы постарались изложить базовые принципы работы регуляторов непрерывного типа простыми словами, не используя сложных математических формул и большого количества занудной теории. Точно так же работает любая система управления непрерывного типа: от комнатного кондиционера до системы круиз-контроля в вашем автомобиле. В следующих публикациях мы расскажем о других типах регуляторов, выясним достоинства и недостатки каждого из них, рассмотрим их области применения, и научимся правильно подбирать регуляторы под каждую конкретную задачу.

Надеюсь, что было интересно! До новых встреч!

Источник

Схема регулятора непрерывного действия

В конкретных Р. н. д. не все указанные выше элементы обязательно присутствуют. Так, напр., в регуляторах прямого действия измерительное устр-во непосредственно воздействует на регулирующий орган. В то же время Р. н. д. могут быть настолько сложными, что отдельные их элементы могут содержать в себе самостоятельные системы регулирования.

Читайте также:  Регулятор давления топлива хонда стрим d17a

Функциональная блок-схема регулятора непрерывного действия.

Конструктивно Р. н. д. можно иногда выполнять в виде отдельного блока, однако в большинстве случаев составные элементы Р. н. д. располагают в разных местах регулируемого объекта.

В общем случае модель математическая Р. н. д. представляет собой систему дифф. и алгебр, ур-ний, связывающих входные и выходные величины, параметры регулятора, а также возмущения, действующие на различные элементы регулятора. В эту модель составной частью входит и оператор формирования управляющего сигнала S (е) (закон регулирования).

Синтез Р. н. д. производится с учетом ур-ний объекта регулирования, т. е. на основе полной матем. модели системы автомат, регулирования. Для изменения статических и динамических характеристик Р. н. д. с целью лучшего согласования его с объектом в Р. н. д. предусматривают различные виды настроек: настройку чувствительности в измерительных устр-вах, настройку коэфф. усиления и др. Эти настройки могут осуществляться как вручную, так и автоматически в зависимости от входного воздействия. См. также Агрегатная унифицированная система. Регулятор экстремальный.

Лит.: Основы автоматического регулирования. М., 1954 [библиогр. с. 1088—1108]; Миронов К. А., Шипетин Л. И. Автоматические регуляторы. Справочные материалы. М., 1961 [библиогр. с. 537]; Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М., 1972 [библиогр. с. 756-760].

Источник



Системы регулирования непрерывного действия и законы регулирования

date image2014-02-02
views image3047

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

В системах автоматического регулирования непрерывного действия применяют регуляторы, у которых при получении сигнала об отклонении регулируемой величины регулирующий орган перемещается плавно и непрерывно до момента установления заданного значения регулируемой величины с определенной степенью точности, обусловленной видом регулятора.

Основной характеристикой регуляторов непрерывного действия является функциональная зависимость между отклонением регулируемой величины и перемещением регулирующего органа. Эта зависимость называется законом регулирования. Характеристики регуляторов непрерывного действия и переходные процессы регулирования в статическом объекте приведены на рис.1.9.

Рис.1.9. Характеристики регуляторов непрерывного действия

Пропорциональным (П-регулятором) называется регулятор, у которого перемещение регулирующего органа пропорционально отклонению регулируемой величины от ее заданного значения (Рис.1.9 б).

Уравнение регулятора имеет вид

где и — регулирующее воздействие регулятора; кр — коэффициент передачи (или коэффициент усиления) регулятора; ∆х, — отклонение регулируемой величины от заданного значения.

Значение коэффициента усиления равно перемещению регулирующего органа регулятора при отклонении регулируемой величины на единицу ее измерения. Коэффициент кр является параметром настройки П-регулятора. Величину, обратную коэффициенту усиления регулятора, т.е. 1/кр, называют статизмом регулятора,a величину δс=(1/кр) • 100 — пределом пропорциональности, или степенью неравномерности.Значение предела пропорциональности определяют как участок шкалы измерительного прибора, выраженный в процентах длины всей шкалы, в границах которого изменение регулируемой величины вызывает перемещение регулирующего органа из одного крайнего положения в другое. Например, если предел пропорциональности составляет 80 %, то это означает, что отклонение стрелки измерительного прибора на 80 % шкалы вызовет перемещение регулирующего органа регулятора из одного крайнего положения в другое, а отклонение стрелки на 1 % шкалы вызовет перемещение регулирующего органа на 1 /80 его полного хода. Особенность переходного процесса регулирования в системе с П-регулятором состоит в наличии остаточного отклонения (статической ошибки) δс в его конце.

Читайте также:  Регулятор частоты вращения для вентиляторов

Достоинством П-регулятора является малое время переходного процесса регулирования, т.е. быстродействие, недостатком — наличие статической ошибки.

Интегральным (И-регулятором) называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины (рис. 9 в).

Уравнение И-регулятора имеет вид

u = или Tи (dm/dt) = Dx

где Ти — постоянная времени регулятора, равная продолжительности перемещения регулирующего органа из одного крайнего положения в другое при максимальном отклонении регулируемой величины, с; 1/Ти — скорость перемещения регулирующего органа, пропорциональная степени отклонения регулируемой величины, с -1 .

Регулирующее воздействие И-регулятора продолжается до тех пор, пока отклонение регулируемой величины от заданного значения сведется к нулю, т.е. в конце переходного процесса регулирования величина достигает заданного значения.

В момент отключения регулирующий орган может занимать любое положение в пределах своего рабочего хода.

Параметром настройки И-регулятора является скорость перемещения регулирующего органа 1/Ти.

Достоинство И-регуляторазаключается в отсутствии остаточного отклонения регулируемой величины в конце регулирования, недостатком — относительно малая скорость (длительность) процесса. В связи с этим рекомендуется применять И-регуляторы в объектах с большим самовыравниванием при плавных изменениях нагрузки.

Пропорционально-интегральным (ПИ-регулятором)называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения и интегралу по времени от этого отклонения. Действие данного регулятора можно рассматривать как совместное действие пропорционального и интегрального регуляторов (рис.9 г).

Уравнение регулятора имеет вид

где Ти — продолжительность действия интегральной составляющей регулятора — продолжительность изодромы, с.

Регулирующее воздействие ПИ-регулятора характерно тем, что в первоначальный момент введения его при отклонении регулируемой величины от заданного значения, большое воздействие, снижающее величину отклонения за малый отрезок времени, оказывает пропорциональная составляющая. В последующем большее влияние на процесс регулирования оказывает интегральная составляющая, что обеспечивает исключение статической ошибки в конце процесса регулирования.

Степень введения пропорциональной или интегральной составляющей в ПИ-регулятор определяется соответственно величинами Кр и Ти, которые служат параметрами настройки регулятора.

Достоинство ПИ-регулятора заключается в том, что он поддерживает заданное значение регулируемой величины при возмущениях в объекте и не имеет остаточного отклонения в конце переходного процесса регулирования.

Пропорционалыю-интегрально-дифференциальным (ПИД-регулятором) называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально отклонению регулируемой величины от задания, интегралу и скорости этого отклонения (рис.2 д). Уравнение регулятора имеет вид

+ ТД [d(∆х)/dτ].

Параметрами настройки ПИД-регулятора являются параметры Кр , Ти , ТД .

Из всех рассмотренных автоматических регуляторов ПИД-регулятор наиболее сложный как по принципу действия, так по устройству и наладке. ПИД-регуляторы целесообразно применять на инерционных объектах с большим запаздыванием и жесткими технологическими требованиями к процессу регулирования. И-регулятор практического применения не имеет, а входит как составляющий в структуру сложных ПИ- и ПИД-регуляторов.

Показатели качества переходного процесса регулирования

Выделяют следующие показатели качества процесса регулирования (рис.1.10):

1. Время регулирования .

2. Степень затухания , где А1, А2 – амплитуды первого и второго колебательного процесса.

3. Статическая ошибка регулирования , в значение которой входит и зона нечувствительности регулятора.

Рис. 1.10. Примерный вид колебательного переходного процесса в системе автоматического регулирования.

Источник