Способи регулювання в системах автоматики - Школа для електрика все про електротехніку та
У системах автоматики застосовуються три способи регулювання:
1) за відхиленням регульованої величини,
2) з обурення (за навантаженням),
Спосіб регулювання відхилення регульованої величини розглянемо на прикладі системи регулювання частоти обертання двигуна постійного струму (рис. 1).
При роботі двигун Д, будучи об'єктом регулювання, відчуває на собі дію різних збурень (зміни навантаження на валу двигуна, напруги мережі живлення, частоти обертання двигуна, що приводить у обертання якір генератора Г, зміна температури навколишнього середовища, що призводить у свою чергу до зміни опору обмоток , отже, і струмів тощо. п.).
Всі ці обурення викличуть відхилення частоти обертання двигуна Д, що спричинить зміну е. д. с. тахогенератора ТГ. У ланцюг тахогенератора ТГ включений реостат Р1. Напруга U0, що знімається з реостату P1, включено зустрічно з напругою тахогенератора ТГ. В результаті цього виходить різниця напруг е = U0 - Uтг, яка через підсилювач У подається на двигун ДП, що переміщає повзунок реостата Р. Напруга U0 відповідає заданому значенню регульованої величини - частоті обертання о, а напруга тахогенератора U тг - поточному значенню частоти обертання.
Мал. 1. Принципові схеми управління частотою обертання двигуна постійного струму по замкнутому циклу: Р – реостат, ОВГ – обмотка збудження генератора, Г – генератор, ОВС – обмотка збудження двигуна, Д – двигун, ТГ – тахогенератор, ДП – двигун приводу повзунка реостату, У - Підсилювач.
Якщо під впливом збурень різниця між цими величинами (відхилення) перевищить задану межу, то на регулятор надійдезадає вплив як зміни струму збудження генератора, яке змусить це відхилення зменшитися. У загальному випадку система, що працює за способом відхилення представлена схемою на рис. 2, а.
Мал. 2 . Схеми способів регулювання: а - по відхилення, б - по обуренню, в - комбінований, Р - регулятор, РО - регулюючий орган, ОР - об'єкт регулювання, ЕС - елемент порівняння, х (t) - вплив, що задає, Z 1(t ) і Z 2 (t ) - внутрішні регулюючі впливи, у (t ) - регульована величина, F (t ) - вплив, що обурює.
Відхилення регульованої величини приводить у дію регулюючий орган, ця дія завжди спрямована так, що воно зменшує відхилення. Для отримання різниці величин ε (t) = x (t) - у (f) у систему вводиться елемент порівняння ЕС.
Дія регулюючого органу при регулюванні за відхиленням відбувається незалежно від того, з якої причини відбулася зміна регульованої величини. Це, безперечно, є великою перевагою цього способу.
Спосіб регулювання обурення, або компенсація обурення , заснований на тому, що в системі застосовуються пристрої, що компенсують вплив зміни впливу, що обурює.
Мал. 3 . Принципова схема регулювання напруги генератора постійного струму: Г - генератор, ВВ1 і ВВ2 - обмотки збудження генератора, Rн - опір навантаження, F1 і F2 - магніторушійні сили обмоток збудження, Rш - опір.
Як приклад розглянемо роботу генератора постійного струму (рис. 3). Генератор має дві обмотки збудження: ОВ 1 включається паралельно якірного ланцюга, ОВ 2 включається на опір R i . Обмотки збудження включені так, що їх м. д. с. F 1 і F2 складаються. Напруга на клемахгенератора залежатиме від сумарної м. д. с. F = F1 + F2.
При збільшенні струму навантаження I (опір навантаження Rн зменшується) напруга генератора Uг мало б зменшитися за рахунок збільшення падіння напруги в ланцюгу якоря генератора, але цього не відбудеться тому, що м. д. с. F2 обмотки збудження ОВ2 зростає, оскільки вона пропорційна струму навантаження I .
Це спричинить зростання сумарної м. буд. з, отже, до вирівнювання напруги генератора. Так відбувається компенсація падіння напруги за зміни струму навантаження - основного обурення на генератор. Опір R ш у разі є пристроєм, що дозволяє вимірювати обурення - навантаження.
У загальному випадку схема системи, що працює за способом компенсації обурення, показано на рис. 2, б.
Обурювальні дії можуть бути викликані різними причинами, тому їх може бути не одне, а кілька. Це призводить до ускладнення аналізу роботи системи автоматичного регулювання. Зазвичай обмежуються розглядом впливів, що обурюють, викликаних основною причиною, наприклад зміною навантаження. У цьому випадку регулювання називають регулюванням навантаження.
Комбінований спосіб регулювання (див. рис. 2, в) поєднує в собі два попередні способи: з відхилення і збурювання. Він застосовується під час побудови складних систем автоматики, де потрібне високоякісне регулювання.
Як випливає з рис. 2 , за будь-якого способу регулювання будь-яка система автоматичного регулювання складається з регульованої (об'єкт регулювання) і регулюючої (регулятор) частин. Регулятор у всіх випадках повинен мати чутливий елемент, який вимірює відхилення регульованої величини від визначеного значення, а також регулюючий органзабезпечує відновлення заданого значення регульованої величини після відхилення.
Якщо у системі регулюючий орган отримує вплив безпосередньо від чутливого елемента і наводиться їм у дію, така система регулювання називається системою прямого регулювання, а регулятор - регулятором прямого впливу.
У регуляторах прямої дії чутливий елемент повинен розвивати достатню потужність зміни положення регулюючого органу. Ця обставина обмежує сферу застосування прямого регулювання, так як чутливий елемент прагнуть зробити малогабаритним, що створює труднощі в отриманні зусиль, достатніх для переміщення регулюючого органу.
Для підвищення чутливості вимірювального елемента та отримання достатньої потужності для переміщення регулюючого органу застосовуються підсилювачі потужності. Регулятор, що працює з підсилювачем потужності, називається регулятором непрямої дії, а система в цілому – системою непрямого регулювання.
У системах непрямого регулювання для переміщення регулюючого органу використовують допоміжні механізми, що діють від стороннього джерела енергії або за рахунок енергії об'єкта, що регулюється. У цьому чутливий елемент впливає лише з керуючий орган допоміжного механізму.
Класифікація способів регулювання автоматики на вигляд регулюючих впливів
Регулюючий сигнал виробляється системою регулювання на підставі впливу, що задає, і сигналу з чутливого елемента, що вимірює дійсне значення регульованої величини. Отриманий таким чином регулюючий сигнал надходить на регулятор, який перетворює його на регулюючий вплив виконавчого механізму.
Виконавчий механізм змушує регулюючий орган об'єкта прийняти таке положення, при якому величина, що регулюється, прагне до заданого значення. Працюючи системи відбувається безперервне вимір поточного значення регульованої величини, тому регулюючий сигнал також вироблятися безперервно.
Однак регулюючий вплив виконавчого механізму в залежності від пристрою регулятора може бути безперервним або мати уривчастий характер. На рис. 4, а представлена крива відхилення Δу регульованої величини у часу від заданого значення у0, одночасно в нижній частині малюнка показано, як має безперервно змінюватися регулюючий вплив Z. Воно знаходиться в лінійній залежності від регулюючого сигналу і збігається з ним по фазі.
Мал. 4. Діаграми основних видів регулюючих впливів: а - безперервне, б, в - уривчасте, г - релейне.
Регулятори, що виробляють таку дію, називаються регуляторами безперервної дії, а саме регулювання - безперервним регулюванням. Регулятори, побудовані за таким принципом, працюють тільки тоді, коли існує регулююча дія, тобто поки є відхилення між дійсним і визначеним значенням регульованої величини.
Якщо в процесі роботи системи автоматики регулююча дія при безперервному регулювальному сигналі переривається в деякі проміжки часу або подається у формі окремих імпульсів, то регулятори, що працюють за таким принципом, називаються регуляторами переривчастої дії (кроковими або імпульсними). Принципово можливі два способи формування уривчастого регулюючого впливу.
На рис. 4, б і представлені графіки переривчастого регулюючого впливу при безперервному відхиленні Δрегульованої величини.
У першому випадку регулюючий вплив представлений окремими імпульсами однакової тривалості Δt, наступними через рівні інтервали часу t 1 = t2 = t при цьому величина імпульсів Z = f (t) пропорційна значенню регулюючого сигналу в момент формування регулюючого впливу.
У другому випадку всі імпульси мають однакову величину Z = f (t) і прямують через рівні інтервали часу t 1 = t2 = t але мають різну тривалість Δ t . При цьому тривалість імпульсів залежить від значення сигналу регулювання в момент формування регулюючої дії. Регулююча дія від регулятора передається регулюючого органу з відповідними перервами, тому регулюючий орган змінює своє становище також із перервами.
У практиці широке застосування знаходять також системи регулювання релейного типу. Принцип дії релейного регулювання розглянемо з прикладу роботи регулятора з двопозиційним регулюванням (рис. 4, г).
До регуляторів двопозиційного регулювання відносяться такі регулятори, які мають лише два стійкі положення: одне - коли відхилення регульованої величини перейде встановлену позитивну межу +Δу, та інше - коли відхилення змінить знак і досягне негативної межі -Δу.
Регулююча дія в обох позиціях однаково по абсолютній величині, але по-різному по знаку, причому цей вплив через регулятор змушує регулюючий орган переміщатися стрибкоподібно таким чином, щоб абсолютна величина відхилення завжди зменшувалася. Якщо величина відхилення Δу досягне допустимого позитивного значення +Δу (точка 1), спрацює реле і на об'єкт через регулятор і регулюючий орган діятиме регулюючий вплив -Z, якепротилежно за знаком, але і за величиною позитивного значення регулюючого впливу +Z. Відхилення регульованої величини через деякий час буде зменшуватися.
Досягнувши точки 2, відхилення Δу стане рівним допустимому негативному значенню -Δу, реле спрацює і регулюючий вплив Z змінить свій знак на протилежний і т. д. де не потрібна велика чутливість до обурювальних впливів.