Regulacja w pętli otwartej i zamkniętej w systemach sterowania i automatyki

Utrzymanie wartości regulowanej w określonych granicach lub zmiana jej zgodnie z zadanym prawem podczas pracy układu sterowania i automatyki może odbywać się według otwartych lub zamkniętych obwodów regulacji. Rozważmy układ (rys. 1) składający się z połączonych szeregowo: obiektu regulacji OR, korpusu regulacyjnego RO, regulatora P i głównego Z — urządzenia, za pomocą którego zasilana jest akcja główna układu.

W regulacji w pętli otwartej (ryc. 1, a) działanie odniesienia x (T) dochodzące do regulatora z urządzenia nadrzędnego nie jest funkcją wyniku tego działania na obiekcie, jest ustawiane przez operatora. Pewnej wartości działania odniesienia będzie odpowiadała pewna aktualna wartość zmiennej sterowanej y(t), która będzie zależała od działania zakłócającego F(t). Wyjaśnienie podstawowych terminów można znaleźć tutaj: Ogólne zasady systemów automatyki budynkowej

Układ otwartej pętli jest zasadniczo łańcuchem transmisyjnym, w którym czynność zadana x(t) z mastera po odpowiednim przetworzeniu przez sterownik za pomocą wpływów wewnętrznych Z1(t) i Z2(T) przekazywana jest na obiekt regulacji, ale nie ma odwrotnego wpływu na obiekt na regulatorze.

Ryż. 1. Schematy regulacji dla pętli otwartej (a) i zamkniętej (b): З — wartość zadana, R — regulator, RO — organ regulacyjny, OR — przedmiot regulacji, x (T) Działanie regulacyjne to Z1(t) i Z2 (T) — wewnętrzne wpływy regulacyjne, y (T) Kontrolowana wartość to F (T) Ma działanie zakłócające.

Przykłady sterowania w pętli otwartej i zamkniętej

na ryc. 2a przedstawia schemat sterowania prędkością obrotową silnik stały E. Gdy zmienia się położenie silnika reostatu P, prąd wzbudzenia w cewce wzbudzenia generatora OVG G zmieni się, powodując zmianę jego e. itp. pp. a zatem napięcie dostarczane do silnika D.

Tachogenerator TG, zamontowany na tym samym wale co silnik D, rozwija e. D. s proporcjonalna do prędkości obrotowej wału silnika. Woltomierz podłączony do szczotek tachogeneratora ze skalą wyskalowaną w jednostkach obrotowych umożliwia jedynie wizualną kontrolę obrotów silnika.

Jeśli charakterystyka maszyn jest stabilna, to każda pozycja silnika reostatu będzie odpowiadać określonej wartości prędkości silnika. W tym układzie regulator działa na obiekt, ale nie ma efektu odwrotnego, tj. system działa w pętli otwartej.

Ryż. 2.Schematy schematyczne sterowania prędkością silnika prądu stałego w pętli otwartej (a) do zamkniętej (b): R — reostat, OVG — cewka wzbudzenia generatora, G — generator, OVD — cewka wzbudzenia silnika, D — silnik, TG — tachogenerator, DP to napęd silnik suwaka reostatu, U to wzmacniacz.

Jeżeli połączymy wyjście układu ze sterownikiem w taki sposób, że sterownik otrzymuje przez cały czas dwa sygnały — sygnał z mastera i sygnał z wyjścia obiektowego, to otrzymamy układ w pętli zamkniętej. W takim układzie oddziałuje nie tylko regulator na obiekt, ale również obiekt na regulator.

Na ryc. 2 b przedstawia schemat sterowania prędkością silnika prądu stałego D, w którym wyjście układu jest podłączone do wejścia układu za pomocą tachogeneratora TG, reostatu P, wzmacniacza Y i a silnik DP napędu suwaka reostatu P.

Jest tu automatyczna regulacja prędkości obrotowej silnika. Każda zmiana prędkości spowoduje pojawienie się sygnału na silniku DP, który przesunie suwak reostatu P w jedną lub drugą stronę pozycji odpowiadającej zadanej prędkości silnika D.

Jeśli prędkość obrotowa z jakiegoś powodu spadnie, wówczas suwak reostatu P zajmie pozycję, w której wzrośnie prąd wzbudzenia w cewce wzbudzenia generatora OB. Doprowadzi to do wzrostu napięcia generatora i odpowiednio do wzrostu obrotów silnika D, który zajmie swoją początkową pozycję.

Wraz ze wzrostem prędkości silnika D suwak reostatu P przesunie się w przeciwnym kierunku, powodując zmniejszenie prędkości silnika D.

System automatycznej regulacji w pętli otwartej samodzielnie, bez ingerencji operatora, nie może zmienić swojego trybu pracy, jeśli zakłócenia wchodzące do systemu staną się inne. System zamknięty automatycznie reaguje na wszelkie zmiany zachodzące w systemie.

Zobacz też: Metody sterowania w układach automatyki