Metody sterowania w układach automatyki

V systemy automatyki Stosowane są trzy metody kontroli:

1) przez odchylenie wartości kontrolowanej,

2) przez zakłócenie (obciążeniem),

3) połączone.

Sposób regulacji poprzez odchyłkę wielkości regulowanej Rozważmy na przykładzie układu regulacji prędkości silnika prądu stałego (rys. 1).

Podczas pracy silnik D jako obiekt regulacji podlega różnym zakłóceniom (zmiany obciążenia wału silnika, napięcia sieci zasilającej, prędkości obrotowej silnika napędzającego twornik generatora D, zmiany warunków otoczenia temperatury, co z kolei prowadzi do zmiany rezystancji uzwojeń, a co za tym idzie prądów itp.).

Wszystkie te perturbacje spowodują odchylenie prędkości obrotowej silnika D, co spowoduje zmianę e. itp. v. tachogenerator TG. Reostat P jest zawarty w obwodzie tachogeneratora TG1... Napięcie U0 pobierane przez reostat P1 jest włączone do napięcia tachogeneratora TG. Powoduje to różnicę napięć e = U0 — Utg, która jest podawana przez wzmacniacz Y do silnika DP, który porusza suwakiem reostatu P.Napięcie U0 odpowiada zadanej wartości zmiennej sterowanej — częstotliwości obrotowej ωО, a napięciu tachogeneratora Utg — aktualnej wartości prędkości obrotowej.

Ryż. 1. Schematy ideowe sterowania prędkością silnika prądu stałego w pętli zamkniętej: R — reostat, OVG — cewka wzbudzenia generatora, G — generator, OVD — cewka wzbudzenia silnika, D — silnik, TG — tachogenerator, DP — silnik napędu suwaka reostatu, U — wzmacniacz.

Jeżeli pod wpływem zakłóceń różnica pomiędzy tymi wartościami (odchylenie) przekroczy określoną z góry granicę, wówczas regulator otrzyma działanie referencyjne w postaci zmiany prądu wzbudzenia generatora, co spowoduje to odchylenie zmniejszyć. Ogólny system ugięcia jest przedstawiony na schemacie na ryc. 2, A.

Ryż. 2... Schematy metod regulacji: a — przez odchyłkę, b — przez zakłócenie, c — kombinację, P — regulator, RO — organ regulacyjny, OR — przedmiot regulacji, ES — element porównania, x(T) to nastawa, Z1(t) i Z2(t) — wewnętrzne wpływy regulacyjne, (T) — wartość regulowana, F(T) jest efektem zakłócającym.

Odchylenie wielkości regulowanej uruchamia regulator, działanie to jest zawsze kierowane w taki sposób, aby odchylenie było mniejsze. Aby uzyskać różnicę wartości ε(t) = x(t) — y (f), do układu wprowadza się element porównania ES.

Działanie regulatora w zakresie kontroli odchyleń następuje niezależnie od przyczyny zmiany wielkości regulowanej. Jest to niewątpliwie ogromna zaleta tej metody.

Metoda kontroli zakłóceń lub kompensacji zakłóceń polega na tym, że w systemie stosowane są urządzenia kompensujące wpływ zmian efektu zakłócenia.

Ryż. 3... Schemat ideowy regulacji napięcia generatora prądu stałego: G — generator, ОВ1 i ОВ2 — cewki wzbudzenia generatora, Rн — rezystancja obciążenia, F1 i F.2 — siły magnetomotoryczne cewek wzbudzenia, Rsh — rezystancja.

Jako przykład rozważmy działanie generatora prądu stałego (ryc. 3). Generator posiada dwa uzwojenia wzbudzenia: OB1 połączone równolegle z obwodem twornika oraz OB2 połączone z rezystancją Ri... Uzwojenia wzbudzenia są połączone w taki sposób, że ich ppm. F1 i F.2 dodaj. Napięcie na zaciskach generatora będzie zależeć od sumy ppm. F = F1 + F2.

Wraz ze wzrostem prądu obciążenia Az (zmniejsza się rezystancja obciążenia Rn) napięcie generatora UG powinno się zmniejszyć z powodu wzrostu spadku napięcia na tworniku generatora, ale tak się nie stanie, ponieważ ppm. Cewka wzbudzenia F2 OB2 wzrasta proporcjonalnie do prądu obciążenia Az.

Doprowadzi to do wzrostu całkowitego ppm i odpowiednio do wyrównania napięcia generatora. Kompensuje to spadek napięcia, gdy zmienia się prąd obciążenia — główne zakłócenie generatora. Rezystancja RNS w tym przypadku jest to urządzenie, które pozwala mierzyć zakłócenia — obciążenie.

W ogólnym przypadku schemat układu pracującego metodą kompensacji zakłóceń przedstawiono na rys. 2, b.

Lękowe wpływy mogą być spowodowane różnymi przyczynami, więc może być więcej niż jeden z nich.To komplikuje analizę działania układu automatyki. Zwykle ogranicza się do przyjrzenia się zakłóceniom spowodowanym przez pierwotną przyczynę, taką jak zmiany obciążenia. W tym przypadku regulacja nazywana jest regulacją obciążenia.

Połączona metoda regulacji (patrz ryc. 2, c) łączy dwie poprzednie metody: przez odchylenie i oburzenie. Znajduje zastosowanie w budowie skomplikowanych układów automatyki gdzie wymagana jest wysoka jakość regulacji.

Jak wynika z rys. 2, w każdej metodzie regulacji, każdy system automatycznej regulacji składa się z części regulowanych (obiekt regulacji) i części regulacyjnych (regulator). W każdym przypadku regulator musi posiadać element czuły, mierzący odchylenie wielkości regulowanej od wartości zadanej, a także korpus regulacyjny, który zapewnia przywrócenie wartości zadanej wielkości regulowanej po jej odchyleniu.

Jeżeli w układzie regulator otrzymuje efekt bezpośrednio z elementu czujnikowego i jest przez niego uruchamiany, to taki układ sterowania nazywany jest układem sterowania bezpośredniego, a regulator regulatorem działania bezpośredniego.

W regulatorach bezpośredniego działania element czujnikowy musi wytworzyć moc wystarczającą do zmiany położenia korpusu regulacyjnego. Okoliczność ta ogranicza pole zastosowania regulacji bezpośrednich, ponieważ mają one tendencję do zmniejszania elementu wrażliwego, co z kolei stwarza trudności w uzyskaniu wysiłków wystarczających do poruszenia organu regulacyjnego.

Wzmacniacze mocy służą do zwiększenia czułości elementu pomiarowego i uzyskania mocy wystarczającej do poruszenia korpusu regulacyjnego. Regulator współpracujący ze wzmacniaczem mocy nazywany jest regulatorem pośrednim, a system jako całość nazywany jest układem regulacji pośredniej.

W układach sterowania pośredniego stosuje się mechanizmy pomocnicze do przemieszczania organu regulacyjnego działającego z zewnętrznego źródła energii lub pod wpływem energii sterowanego obiektu. W tym przypadku element czuły działa tylko na element sterujący mechanizmu pomocniczego.

Klasyfikacja metod sterowania automatyką ze względu na rodzaj działań sterujących

Sygnał sterujący generowany jest przez układ regulacji na podstawie wielkości odniesienia oraz sygnału z czujnika mierzącego rzeczywistą wartość wielkości regulowanej. Odebrany sygnał sterujący podawany jest do regulatora, który przetwarza go na działanie sterujące napędem.

Siłownik wymusza na korpusie regulacyjnym obiektu przyjęcie takiej pozycji, aby wartość sterowana dążyła do wartości zadanej. Podczas pracy układu bieżąca wartość zmiennej regulowanej jest mierzona w sposób ciągły, dlatego też sygnał sterujący będzie generowany w sposób ciągły.

Jednak działanie regulacyjne napędu, w zależności od urządzenia regulatora, może być ciągłe lub przerywane. na ryc. 4, a przedstawia krzywą odchylenia ∆u wartości regulowanej y w czasie od wartości zadanej y0, podczas gdy jednocześnie w dolnej części figury pokazano, w jaki sposób działanie regulacyjne Z musi być zmieniane w sposób ciągły.Jest liniowo zależny od sygnału sterującego i pokrywa się z nim w fazie.

Ryż. 4. Diagramy głównych rodzajów oddziaływań regulacyjnych: a — ciągłe, b, c — okresowe, d — przekaźnikowe.

Regulatory dające taki efekt nazywane są regulatorami ciągłymi, a sama regulacja jest regulacją ciągłą... Regulatory zbudowane na tej zasadzie działają tylko wtedy, gdy następuje działanie kontrolne, czyli do momentu wystąpienia odchylenia między faktycznym a zadanym wartość kontrolowanej zmiennej.

Jeżeli podczas pracy układu automatyki działanie regulacyjne ciągłym sygnałem sterującym jest przerywane w określonych odstępach czasu lub podawane jest w postaci osobnych impulsów, to regulatory działające na tej zasadzie nazywane są regulatorami okresowymi (krokowymi lub impulsowymi). Zasadniczo istnieją dwa możliwe sposoby utworzenia okresowej akcji kontrolnej.

na ryc. 4, b i c przedstawiają wykresy przerywanej regulacji z ciągłym odchyleniem Δ od wartości regulowanej.

W pierwszym przypadku działanie sterujące jest reprezentowane przez oddzielne impulsy o tym samym czasie trwania Δt, następujące po sobie w równych odstępach czasu T1 = t2 = t w tym przypadku wielkość impulsów Z = e(t) jest proporcjonalna do wartości sygnał sterujący w momencie powstania działania sterującego.

W drugim przypadku wszystkie impulsy mają tę samą wartość Z = e(t) i następują w regularnych odstępach T1 = t2 = t, ale mają różne czasy trwania ΔT. W tym przypadku czas trwania impulsów zależy od wartości sygnału sterującego w momencie powstania działania sterującego.Działanie regulacyjne ze strony regulatora jest przenoszone na organ regulacyjny z odpowiednimi nieciągłościami, w wyniku czego organ regulacyjny również zmienia swoje stanowisko z nieciągłościami.

W praktyce są one również szeroko stosowane systemy sterowania przekaźnikowego... Rozważmy zasadę działania sterowania przekaźnikowego na przykładzie działania regulatora ze sterowaniem dwupołożeniowym (ryc. 4, d).

Do regulatorów regulujących włącz-wyłącz zalicza się te regulatory, które mają tylko dwie pozycje stabilne: jedną — gdy odchylenie wartości regulowanej przekracza ustawioną granicę dodatnią + Δy, oraz drugą — gdy odchyłka zmienia znak i osiąga granicę ujemną -Δy.

Działanie regulacyjne w obu położeniach ma taką samą wartość bezwzględną, ale inny znak, a działanie to za pośrednictwem regulatora powoduje gwałtowny ruch regulatora w taki sposób, że wartość bezwzględna ugięcia zawsze maleje. Jeżeli wartość odchyłki Δу osiągnie dopuszczalną wartość dodatnią + Δу (punkt 1), przekaźnik zadziała i na obiekt zadziała działanie sterujące -Z poprzez regulator i korpus regulacyjny o przeciwnych znakach, ale równych wielkość do dodatniej wartości działania regulacji + Z. Odchylenie wartości regulowanej zmniejszy się po pewnym czasie.

Po osiągnięciu punktu 2 odchylenie Δy zrówna się z dopuszczalną wartością ujemną -Δy, przekaźnik zadziała, a działanie sterujące Z zmieni swój znak na przeciwny itp. Sterowniki przekaźnikowe w porównaniu z innymi regulatorami są proste w konstrukcji, relatywnie tanie i znajdują szerokie zastosowanie w obiektach, w których nie jest wymagana duża wrażliwość na zakłócenia.