Методи за управление в системите за автоматизация

V системи за автоматизация Прилагат се три метода за контрол:

1) чрез отклонение на контролираната стойност,

2) чрез смущение (по товар),

3) комбиниран.

Метод на регулиране чрез отклонение на контролираната променлива Нека разгледаме използването на примера на система за управление на скоростта на DC двигател (фиг. 1).

По време на работа двигателят D, като обект на регулиране, изпитва различни смущения (промени в натоварването на вала на двигателя, напрежението на захранващата мрежа, скоростта на двигателя, задвижващ котвата на генератора Г, промени в околната среда температура, водеща от своя страна до промяна в съпротивлението на намотките, а оттам и токове и т.н.).

Всички тези смущения ще доведат до отклонение на оборотите на двигателя D, което ще доведе до промяна в e. и т.н. с. тахогенератор TG. Реостат Р е включен в схемата на тахогенератора TG1… Напрежение U0взето от реостата Р1 включен срещу напрежението на TG тахогенератора. Това води до разлика в напрежението e = U0 — Уtg, който се подава през усилвателя Y към двигателя DP, който премества плъзгача на реостата P. Напрежение U0 съответства на зададената стойност на управляемата променлива — честота на въртене ωО, и напрежението на тахогенератора Utg — текущата стойност на скоростта на въртене.

Ориз. 1. Схематични схеми за управление на скоростта на постоянен двигател в затворен цикъл: R — реостат, OVG — намотка за възбуждане на генератора, G — генератор, OVD — намотка за възбуждане на двигателя, D — двигател, TG — тахогенератор, DP — реостат плъзгащо задвижване двигател, U — усилвател.

Ако под влияние на смущения разликата между тези стойности (отклонение) надвиши предварително определена граница, тогава регулаторът ще получи референтно действие под формата на промяна в тока на възбуждане на генератора, което ще предизвика това отклонение да намалява. Общо взето отклонителна система, е представен от диаграмата на фиг. 2, а.

Ориз. 2… Схеми на методи за регулиране: а — чрез отклонение, б — чрез смущение, в — комбинирано, Р — регулатор, RO — регулаторен орган, ИЛИ — обект на регулиране, ES — елемент за сравнение, x(T) е настройката, Z1 (т) и Z2 (т) — вътрешни регулаторни влияния,(T) — регулируема стойност, F(T) е смущаващ ефект.

Отклонението на контролираната променлива активира регулатора, това действие винаги е насочено по такъв начин, че намалява отклонението. За да се получи разликата в стойностите ε(t) = x(t) — y (f), елемент на сравнение ES се въвежда в системата.

Действието на регулатора при контрол на отклоненията възниква независимо от причината за промяната в контролираната променлива. Това несъмнено е голямото предимство на този метод.

Метод за контрол на смущения или компенсация на смущения, се основава на факта, че системата използва устройства, които компенсират влиянието на промените в смущаващия ефект.

Ориз. 3… Принципиална схема на регулиране на напрежението на DC генератора: G — генератор, ОВ1 и ОВ2 — намотки на възбуждане на генератора, Rн — съпротивление на натоварване, F1 и F.2 — магнитодвижещи сили на намотките за възбуждане, Rsh — съпротивление.

Като пример, помислете за работата на генератор с постоянен ток (фиг. 3). Генераторът има две възбуждащи намотки: ОВ1 свързани паралелно с веригата на котвата и OB2свързан със съпротивление Ri… Полевите намотки са включени по такъв начин, че техните ppm. F1 и F.2 добавите. Напрежението на клемите на генератора ще зависи от общите ppm. F = F1+ F2.

С увеличаване на тока на натоварване Аз (съпротивлението на натоварване Rn намалява) напрежение на генератора UG е трябвало да намалее поради увеличаване на спада на напрежението в котвата на генератора, но това няма да се случи, защото ppm. F2 възбуждащата намотка ОВ2 се увеличава, тъй като е пропорционална на тока на натоварване Аз.

Това ще доведе до увеличаване на общия ppm и съответно до изравняване на напрежението на генератора. Така се компенсира падането на напрежението при промяна на тока на натоварване — основното смущение на генератора. Съпротивление RNS в този случай това е устройство, което ви позволява да измервате смущенията — натоварване.

В общия случай диаграма на система, работеща по метода на компенсация на смущения, е показана на фиг. 2, б.

Тревожните влияния могат да бъдат причинени от различни причини, така че може да има повече от една от тях. Това води до усложняване на анализа на работата на автоматичната система за управление. Обикновено се ограничава до разглеждане на смущения, причинени от първопричината, като например промени в натоварването. В този случай регулирането се нарича регулиране на натоварването.

Комбиниран метод на регулиране (виж фиг. 2, в) съчетава двата предишни метода: чрез отклонение и възмущение. Използва се при изграждането на сложни системи за автоматизация, където се изисква висококачествено регулиране.

Както следва от фиг. 2, при всеки метод на регулиране, всяка система за автоматично регулиране се състои от регулируеми (обект на регулиране) и регулиращи (регулатор) части. Във всички случаи регулаторът трябва да има чувствителен елемент, който измерва отклонението на контролираната променлива от предписаната стойност, както и регулиращ орган, който осигурява възстановяване на зададената стойност на контролираната променлива след нейното отклонение.

Ако в системата регулаторът получава ефекта директно от чувствителния елемент и се задейства от него, тогава такава система за управление се нарича система за директно управление, а регулаторът се нарича регулатор с директно действие.

В регулаторите с директно действие чувствителният елемент трябва да развие достатъчна мощност, за да промени позицията на регулиращото тяло. Това обстоятелство ограничава областта на приложение на директното регулиране, тъй като те са склонни да направят чувствителния елемент малък, което от своя страна създава трудности при получаване на усилия, достатъчни за придвижване на регулаторния орган.

Усилвателите на мощност се използват за повишаване на чувствителността на измервателния елемент и получаване на достатъчно мощност за придвижване на регулиращото тяло. Регулатор, работещ с усилвател на мощност, се нарича непряк регулатор, а системата като цяло се нарича система за непряко регулиране.

В системите за непряко управление се използват спомагателни механизми за преместване на регулаторния орган, действащ от външен източник на енергия или поради енергията на управлявания обект. В този случай чувствителният елемент действа само върху управляващия елемент на спомагателния механизъм.

Класификация на методите за управление на автоматизацията според вида на контролните действия

Контролният сигнал се генерира от системата за управление въз основа на референтната променлива и сигнала от сензора, който измерва действителната стойност на управляемата променлива. Полученият управляващ сигнал се подава към регулатора, който го превръща в управляващо действие на задвижването.

Задвижващият механизъм принуждава регулаторния орган на обекта да заеме такава позиция, в която контролираната стойност се стреми към зададената стойност. По време на работа на системата текущата стойност на контролираната променлива се измерва непрекъснато, поради което управляващият сигнал също ще се генерира непрекъснато.

Регулиращото действие на задвижването обаче, в зависимост от устройството на регулатора, може да бъде непрекъснато или периодично. На фиг. 4, a показва кривата на отклонението Δu на контролираната стойност y във времето от зададената стойност y0, като в същото време в долната част на фигурата е показано как контролното действие Z трябва да се променя непрекъснато. Това е линейно зависимо на управляващия сигнал и съвпада с него във фаза.

Ориз. 4. Диаграми на основните видове регулаторни влияния: a — непрекъснато, b, c — периодично, d — реле.

Наричат ​​се регулатори, които произвеждат такъв ефект непрекъснати регулатори, а самият регламент е непрекъснато регулиране… Регулаторите, изградени на този принцип, работят само когато има контролно действие, тоест докато има отклонение между действителната и предписаната стойност на контролираната променлива.

Ако по време на работата на системата за автоматизация контролното действие с непрекъснат управляващ сигнал се прекъсва на определени интервали или се подава под формата на отделни импулси, тогава контролерите, работещи по този принцип, се наричат периодични регулатори (стъпка или импулс)… По принцип има два възможни начина за формиране на периодично контролно действие.

На фиг. 4, b и c показват графиките на прекъсващото контролно действие с непрекъснато отклонение Δ от контролираната стойност.

В първия случай контролното действие е представено от отделни импулси със същата продължителност Δt, следващи през равни интервали от време T1 = t2 = t в този случай величината на импулсите Z = е(t) е пропорционална на стойността на управляващия сигнал към момента на формиране на контролното действие.

Във втория случай всички импулси имат еднаква стойност Z = е(t) и следвайте на редовни интервали T1 = t2 = t, но имат различна продължителност ΔT. В този случай продължителността на импулсите зависи от стойността на управляващия сигнал в момента на формиране на контролното действие. Регулаторното действие от регулатора се прехвърля към регулаторния орган със съответни прекъсвания, поради което регулаторният орган също променя позицията си с прекъсвания.

На практика те също се използват широко релейни системи за управление… Нека разгледаме принципа на действие на релейното управление, като използваме примера за работата на регулатор с двупозиционно управление (фиг. 4, г).

Контролните регулатори за включване и изключване включват тези регулатори, които имат само две стабилни позиции: едната — когато отклонението на контролираната стойност надвишава зададената положителна граница + Δy, а другата — когато отклонението променя знака и достига отрицателната граница -Δy.

Регулиращото действие и в двете позиции е еднакво по абсолютна стойност, но различно по знак и това действие чрез регулатора кара регулатора да се движи рязко по такъв начин, че абсолютната стойност на отклонението винаги намалява. Ако стойността на отклонението Δу достигне допустимата положителна стойност + Δу (точка 1), релето ще задейства и контролното действие -Z ще действа върху обекта чрез регулатора и регулиращото тяло, което е противоположно по знак, но равно в размер до положителната стойност на контролното действие + Z. Отклонението на контролираната стойност ще намалее след определен период от време.

Достигайки точка 2, отклонението Δу ще стане равно на допустимата отрицателна стойност -Δу, релето ще работи и контролното действие Z ще промени знака си на обратното и т. Н. Релейните контролери, в сравнение с други контролери, са прости в дизайн, сравнително евтини и се използват широко в онези съоръжения, където не се изисква висока чувствителност към смущаващи влияния.