Теорія автоматичного регулювання
Регулювання— це такий процес, у ході якого одна величина, яка називається регульованою, постійно вимірюється, виміряне значення порівнюється зі значенням іншої величини, яка називається задає, і в залежності від результату цього порівняння здійснюється вплив на регульовану величину з метою зменшення відмінності між нею і величиною, що задає. Цей процес впливів здійснюється в замкнутому контурі, що називається контуром регулювання або системою.
Система автоматичного регулювання складається з об'єкта регулювання та автоматичного регулятора. У процесі регулювання регулятор та об'єкт регулювання взаємопов'язані і, отже, якість регулювання залежить як від властивостей даного об'єкта, так і від властивостей та характеристики регулятора та регулюючого органу. Системи автоматичного регулювання бувають лінійними та нелінійними залежно від того, яка математична залежність пов'язаних між собою вхідних та вихідних величин системи.
У теорії автоматичного регулювання розглядаються три системи: одиночна, яка складається з одного об'єкта регулювання та одною регулятора; незв'язаного автоматичного регулювання - це така, в якій робота кількох регуляторів не пов'язана між собою, а вони можуть взаємодіяти лише через загальний об'єкт регулювання; пов'язаного автоматичного регулювання - це така, в якій на одному об'єкті робота кількох регуляторів пов'язана та узгоджена між собою.
Кожна система регулювання повинна відповідати таким вимогам: бути стійкою за всіх режимів роботи даного об'єкта; відхилення регульованої величини у процесі ліквідації порушення мають бути можливо меншими; час ліквідації обурення має бути мінімальним; регулятор повинен справлятися зпоставленим завданням та не виходити за межі відхилень регульованої величини; помилка у підтримці регульованої величини має бути найменшою.
Недооцінка специфічних властивостей об'єкта, здавалося б, невеликого фактора може призвести до незадовільної роботи системи. Тому при проектуванні САР та виборі регулятора необхідно враховувати специфічні особливості об'єкта регулювання. Питання вибору регулятора та його характеристики є основним питанням у процесі проектування систем автоматичного регулювання.
Припустимо, що в двигуні внутрішнього згоряння, що випробовується на стенді, зважаючи на збільшення навантаження, збільшилася віддача тепла у воду. Це викликає обурення системи автоматичного регулювання, оскільки теплова енергія Про збільшиться проти його значенням на момент рівноважного стану. Внаслідок цього в системі охолодження двигуна температура води піднімається, і замість заданого значення +80 ° С вона буде, припустимо, дорівнює +85 ° С. Між заданим і фактичним значенням регульованої величини виникне неузгодження
Неузгодженість приводить у дію регулятор, при цьому можуть виникнути декілька випадків регулювання залежно від властивостей самого об'єкта та регулятора, а також правильності його налаштування.
Аперіодичний процес— процес, що характеризується тим, що після відхилення регульованої величини від стійкого значення вона аперіодично повертається до нового значення.
Коливний процес із загасаючою амплітудою— процес, в якому регульована величина змінюється щодо заданого значення із загасаючою амплітудою.
Зазначені процеси регулювання є стійкими, тобто. після одержаного обурення процес приходить до рівноваги.
Нестійкі системи- це такі системи, в яких регульована величина після обурення та роботи регулятора. здійснює гармонічні коливання біля заданого значення з постійною амплітудою і частотою, або виникають коливання, що розходяться з амплітудою, що все збільшується. У ряді випадків нестійке регулювання з гармонійним характером зміни величини, але про малу амплітуду коливання допускається в практиці, наприклад, при двох позиційному регулюванні температури води.
Існують три способи визначення стійкості системи автоматичного регулювання, якими підбираються відповідні регулятори: графічний, аналітичний і практичний,
Графічний метод. За цим способом необхідно попередньо дослідним шляхом знайти значення наступних величин: коефіцієнта посилення об'єкта К0; постійної часу об'єкта - Т0; постійної часу регулятора - Тр; коефіцієнта посилення регулятора Кр; часу запізнення об'єкта;
Коефіцієнт посилення об'єкта Ко є відношення максимального відхилення величини сигмамах до величини обурення лямбда0, що викликав це відхилення.
Коефіцієнт посилення об'єкта Ка є величина, зворотна коефіцієнту самовирівнювання р, самовирівнювання регульованого процесу називається властивість регульованого об'єкта після виникнення обурення прагнути знову прийти в стан рівноваги без зовнішнього втручання.
Коефіцієнт посилення регулятора Кp є відношення вихідної величини до величини відхилення дельта_сигма, що надійшла на його вхід.
Постійна часу об'єкта Т0 - час, за який при постійній швидкості зміни величини остання прийде до свого значення після обурення.
Ко і То - постійні величини, характерні для даногооб'єкт. Кр і Тр – регулюються при налагодженні регулятора. З зазначених графіків можна зробити такі выводы:
при заданому Кр збільшення інерційності регулятора переводить систему область коливального процесу;
що більше часу Тр, запізнення регулятора стосовно постійної часу Т0, тим менш стійкий процес.
Таким чином, для отримання стійкої системи автоматичного регулювання необхідно застосовувати безінерційні чутливі елементи для зменшення Тр або ці елементи встановлювати далі від місця регулюючого органу, що збільшить Т0.
Аналітичний спосіб полягає у вирішенні рівнянь системи автоматичного регулювання. Ці розрахунки дуже складні і є особливим питанням теорії автоматичного регулювання, а тому в цій роботі не розглядаються.
Практичний спосіб полягає в отриманні кривої реєстрації процесу регулювання на об'єкті, що діє, і вивчення інтенсивності згасання коливань регульованої величини. Під час вивчення отриманої кривої слід звернути увагу до інтенсивність згасання коливань. Якщо згасання відбувається монотонно, без вагань, це означає, що система є аперіодичною.
Для визначення стійкості процесу запроваджено поняття про ступінь згасання.
Ступінь згасання є величина, що характеризує згасання процесу регулювання, що дорівнює відношенню різниці двох сусідніх амплітуд до першої з них.
Ступінь згасання аперіодичного процесу дорівнює 100% так як другий напівперіод коливань відсутній.
Практично ступінь загасання визначається за допомогою коефіцієнта загасання До, який визначається як відношення величини існуючого загасання до аперіодичного, який приймається рівним одиниці. ПриК = 1 аперіодичний процес; при ДО процес коливальний, розбіжний. Чим більше К, тим стійкіший процес.
Нормальним процесом га щодо стійкості вважають, коли коефіцієнт загасання дорівнює 0,5 при ступені загасання - = 80 - 95%. У цьому слід пам'ятати, що, попри наближення До > 1, процес стає стійкішим, але одночасно збільшуються перші амплітуди регулювання, що погіршує якість, а тому при налагодженні регулятора необхідно враховувати обидва ці фактори.
При псі - 0,8, т, е, при 2 за допомогою редуктора тиску. На виході з редуктора встановлюється калібрований отвір. Переріз цього отвору в 2,5 рази менше прохідного перерізу голчастого клапана пістолета. Цим забезпечується зниження тиску в камері при відкритті голчастого клапана.
У цій схемі автоматичний пістолет, що запобігає переливу палива, впливає на пневмосистему схеми, яка припиняє подачу палива. Слід зазначити, що з огляду на безпеку роботи необхідно віддати перевагу описаній пневмоелектричній схемі.