Regulacja statyczna i astatyczna

Regulacja astatyczna nazywana jest taką regulacją, w której przy różnych wartościach stałego obciążenia utrzymywana jest stała wartość w stanie ustalonym: wartość kontrolowana równa wartości zadanej.

Astatyzm — właściwość układów pomiarowych lub układów automatycznej regulacji polegająca na sprowadzeniu do zera błędów regulacji lub śledzenia stanu ustalonego, które wystąpiły pod wpływem regulacji lub wpływów zakłócających ten układ.

Prawo reprodukcji — algorytm działania (dalej będziemy go nazywać charakterystyką sterowania), bez uwzględnienia nieczułości regulatora, wyraża się równaniem y a = yo = const.

W obecności nieczułości i prawie zawsze istnieje y = yО +Δyoх gdzie Δyo jest wartością nieczułości regulatora.

Rozważ zasadę działania regulatorów astatycznych i statycznych na przykładzie działania zbiornika wody zainstalowanego na wieży w celu zaopatrywania odbiorców w wodę.

na ryc. 1a przedstawia schemat astatycznej kontroli poziomu w pobliżu wody w zbiorniku.Pływak 1 przez dźwignię jest połączony z suwakiem reostatu 2, za pomocą którego silnik prądu stałego 3, gdy suwak przesuwa się w górę lub w dół od położenia środkowego, zaczyna się obracać w jednym lub drugim kierunku i przesuwa zawór 4 (organ regulujący), do momentu, gdy zadany poziom wody w zbiorniku nie zostanie przywrócony, czyli do momentu, gdy napięcie przyłożone do obwodu twornika silnika osiągnie wartość zero i nastąpi stan równowagi (stan równowagi).

Reżim ten odpowiada pewnemu z góry ustalonemu poziomowi wody w zbiorniku, który dla wszystkich warunków równowagi pozostaje ściśle stały, aż do nieczułości sterownika. Niewrażliwość regulatora w tym przypadku zależy od obecności luzu w złączach i napięcia rozruchowego silnika, które jest różne od zera.

Ryż. 1. Schemat (a) i charakterystyka sterowania (b) regulacji astatycznej

Jeżeli oznaczymy przepływ wody przez q, to ​​graficzne przedstawienie charakterystyki sterowania w funkcji natężenia przepływu q będzie odpowiadać zależności pokazanej na rys. 1, b.

Figa. 1, ale widać, że korpus regulacyjny (zawór 4) i element czuły (pływak 1) nie mają bezpośredniego połączenia, ale są połączone ze sobą za pomocą silnika prądu stałego i opornika, dlatego układ ten jest układem pośrednim system sterowania… Tutaj za każdym razem, gdy element regulacyjny zostanie przestawiony w takie położenie, że regulowana zmienna (poziom wody w zbiorniku) powraca przy każdym obciążeniu (przepływ wody q) do określonej wartości. Urządzenia realizujące regulację astatyczną nazywane są regulatorami astatycznymi.

Wraz z astatyką regulacja statyczna jest szeroko stosowana w praktyce.

Regulacja nazywana jest regulacją statyczną, jeżeli wartości zmiennej regulowanej, które ustalają się po zakończeniu procesu przejściowego przy różnych stałych wartościach obciążenia, również przyjmą różne stałe wartości w zależności od obciążenia.

na ryc. 2 a przedstawia schemat statycznej regulacji poziomu wody w zbiorniku górnym. Pływak 1 działa bezpośrednio na korpus regulacyjny — zawór 2, dlatego regulator w tym przypadku będzie reduktorem bezpośredniego działania.

Wraz ze wzrostem natężenia przepływu q wody, jej poziom w zbiorniku zacznie się zmniejszać, pływak obniży się i przesunie zawór, zwiększając przekrój rury zasilającej i odpowiednio ilość wody wpływającej przez rurę na jednostkę czas. W takim przypadku poziom wody zacznie się podnosić, podnosząc pływak i jednocześnie zawór.

Równowaga nastąpi, gdy dopływ wody zrówna się z jej zużyciem. Im większe obciążenie, tj. natężenia przepływu q, tym bardziej zawór będzie otwarty, a zatem tym niżej pływak będzie w równowadze. Dlatego w tym schemacie wraz ze wzrostem obciążenia wartość poziomu wody (wartość kontrolowana y) będzie się zmniejszać.

Ryż. 2... Schemat (a) i charakterystyka sterowania (b) regulacji statycznej

Nazywa się urządzenia, które przeprowadzają regulację statyczną regulatory statyczne... Charakterystykę kontrolną regulatora statycznego wyraża równanie y = yО +Δy.

Regulatory statyczne nie utrzymują ściśle stałej wartości regulowanej zmiennej, ale z błędem zwanym błędem statycznym.

Przez błąd statyczny rozumie się największe odchylenie wartości regulowanej, gdy obciążenie zmienia się od zera do nominalnego, tj. Δy = umysły — ymv

W teorii sterowania, do scharakteryzowania stopnia zależności odchylenia wielkości regulowanej od obciążenia, często stosuje się pojęcie względnego błędu statycznego lub etatyzmu regulacji.

Jeśli charakterystyka sterowania jest wyraźna (ryc. 2, b), statyka będzie stała dla wszystkich wartości obciążenia. Wartość statyczną (b) każdego regulatora statycznego można określić w następujący sposób:

δ = (umysły — ymv) / uŚroda,

gdzie ums — maksymalna wartość zmiennej sterowanej odpowiadającej obciążeniu q = 0, ymv — minimalna wartość zmiennej sterowanej odpowiadającej obciążeniu qnom, yCp = (ums — ymv) /2 — przyjęta wartość zmiennej sterowanej jako baza.

Za wartość bazową można przyjąć jedną z wartości zmiennej kontrolowanej umax, ymin, y. Średnia itp.

Kontrolery statyczne, pomimo tego, że są nieodłącznie związane z błędem statycznym, są szeroko stosowane, ponieważ są proste w konstrukcji i zapewniają stabilną pracę w trybach przejściowych. Regulatory astatyczne są podatne na wahania iw większości przypadków nie mają niezbędnej stabilności bez pomocy.