Глава 3. Позиционные (релейные) САР
3.1. Двухпозиционное регулирование
3.1.1. Запаздывание в двухпозиционных АСР
3.1.2. Гистерезис в двухпозиционных АСР
3.1.3. Кратность притока
3.1.4. Достоинства и недостатки релейных регуляторов
3.2. Критерии качества регулирования для позиционных систем
3.3. Способы повышения качества позиционного регулирования
3.3.1. Регулирование "неполным притоком"
3.3.2. Трехпозиционное регулирование
Тест по главе 3.
3.1.1. Запаздывание в двухпозиционных АСР
3.1.2. Гистерезис в двухпозиционных АСР
3.1.3. Кратность притока
3.1.4. Достоинства и недостатки релейных регуляторов
3.2. Критерии качества регулирования для позиционных систем
3.3. Способы повышения качества позиционного регулирования
3.3.1. Регулирование "неполным притоком"
3.3.2. Трехпозиционное регулирование
Тест по главе 3.
3.1. Двухпозиционное регулирование
Наиболее широко распространенным типом автоматических регуляторов являются двухпозиционные регуляторы – простейшая разновидность позиционных регуляторов. Двухпозиционное регулирование применяется для самых различных величин, таких как температура, давление, уровень и другие при условии невысоких требований, предъявляемых к качеству регулирования.
Двухпозиционные (релейные) регуляторы – это автоматические регуляторы, у которых регулирующее воздействие либо включено, либо выключено с помощью переключательного (релейного) элемента, что создает колебательный процесс регулирования. Для них постоянные незатухающие колебания регулируемой величины будут нормальным режимом функционирования. Это их основной недостаток.
Релейный регулятор формирует одно из двух конечных значений регулирующего воздействия – максимальное Xpmax и минимальное Xpmin.
То, какое из этих двух воздействий будет подано на ИУ в конкретный момент, определяется знаком величины рассогласования E и видом регулятора – прямой или обратный.
Двухпозиционный (релейный) закон регулирования:
- для обр. регулятора
Наиболее широко распространенным типом автоматических регуляторов являются двухпозиционные регуляторы – простейшая разновидность позиционных регуляторов. Двухпозиционное регулирование применяется для самых различных величин, таких как температура, давление, уровень и другие при условии невысоких требований, предъявляемых к качеству регулирования.
Двухпозиционные (релейные) регуляторы – это автоматические регуляторы, у которых регулирующее воздействие либо включено, либо выключено с помощью переключательного (релейного) элемента, что создает колебательный процесс регулирования. Для них постоянные незатухающие колебания регулируемой величины будут нормальным режимом функционирования. Это их основной недостаток.
Релейный регулятор формирует одно из двух конечных значений регулирующего воздействия – максимальное Xpmax и минимальное Xpmin.
То, какое из этих двух воздействий будет подано на ИУ в конкретный момент, определяется знаком величины рассогласования E и видом регулятора – прямой или обратный.
Двухпозиционный (релейный) закон регулирования:
- для обр. регулятора
- для прямого
Из формулы следует, что функция регулирующего воздействия xр(E) имеет разрыв в точке E = 0, поэтому двухпозиционный регулятор относят к регуляторам прерывистого действия.
Двухпозиционный закон регулирования наглядно иллюстрируется статической характеристикой идеального релейного регулятора (рис. 1.2). Говорят, что статическая характеристика описывает логику работы релейного регулятора. Из рис. 1.2 следует, что для обратного регулятора пока значение регулируемой величины x меньше заданного, регулятор включает максимальное регулирующее воздействие Xpmax.
Это справедливо для всех значений x < xзд. Как только регулируемая величина x превысит значение задания xзд, на выходе регулятора установится минимальное значение Umin и будет оставаться таким все время, пока x ≥ xзд.
Двухпозиционный закон регулирования наглядно иллюстрируется статической характеристикой идеального релейного регулятора (рис. 1.2). Говорят, что статическая характеристика описывает логику работы релейного регулятора. Из рис. 1.2 следует, что для обратного регулятора пока значение регулируемой величины x меньше заданного, регулятор включает максимальное регулирующее воздействие Xpmax.
Это справедливо для всех значений x < xзд. Как только регулируемая величина x превысит значение задания xзд, на выходе регулятора установится минимальное значение Umin и будет оставаться таким все время, пока x ≥ xзд.
Рис. 1.2. Статическая характеристика
идеального обратного релейного регулятора
Двухпозиционный регулятор обязательно имеет в своем составе переключательный элемент, формирующий два уровня регулирующего воздействия – «включено» и «выключено». Наиболее часто в качестве переключательного элемента применяются реле, отсюда второе название двухпозиционных регуляторов – релейные.
Набор состояний переключательного элемента позиционного регулятора называют позициями. У двухпозиционного регулятора их две, отсюда и название регулятора – двухпозиционный.
Позиции двухпозиционного регулятора называют верхней и нижней. Верхней позицией считают ту, которая соответствует большему значению регулирующего воздействия, нижней – меньшему значению. В ходе своей работы двухпозиционный регулятор включает либо верхнюю позицию, либо нижнюю.
Значения позиций регулятора выражаются в единицах измерения регулирующего воздействия.
Совместно с двухпозиционными регуляторами обычно используются дискретные (двухпозиционные) исполнительные устройства.
Двухпозиционное регулирование температуры с помощью электронагревателя применяется в ряде хорошо известных и широко применяемых в лаборатории приборов, например, в муфельных печах и термостатах. Рассмотрим подробнее систему регулирования температуры в термостате (рис. 1.6).
Набор состояний переключательного элемента позиционного регулятора называют позициями. У двухпозиционного регулятора их две, отсюда и название регулятора – двухпозиционный.
Позиции двухпозиционного регулятора называют верхней и нижней. Верхней позицией считают ту, которая соответствует большему значению регулирующего воздействия, нижней – меньшему значению. В ходе своей работы двухпозиционный регулятор включает либо верхнюю позицию, либо нижнюю.
Значения позиций регулятора выражаются в единицах измерения регулирующего воздействия.
Совместно с двухпозиционными регуляторами обычно используются дискретные (двухпозиционные) исполнительные устройства.
Двухпозиционное регулирование температуры с помощью электронагревателя применяется в ряде хорошо известных и широко применяемых в лаборатории приборов, например, в муфельных печах и термостатах. Рассмотрим подробнее систему регулирования температуры в термостате (рис. 1.6).
Термостат состоит из резервуара 1, заполненного жидкостью, внутри которого находятся электрический нагреватель 2 номинальной мощностью P, ртутный контактный термометр (РКТ) 3 и перемешивающее устройство 4. Термостат предназначен для того, чтобы постоянно поддерживать заданную температуру объема жидкости в резервуаре, подогревая ее по мере необходимость нагревателем 2.
Рассматривая термостат как объект регулирования, выделим в качестве регулируемой величины температуру жидкости в резервуаре, а регулирующего воздействия – напряжение питания нагревателя, который является исполнительным устройством. Возмущениями в данной системе могут быть, например, изменения напряжения в электросети и колебания температуры окружающей среды. Цель регулирования – поддержание (стабилизация) температуры жидкости в резервуаре на заданном значении.
Функции измерительного прибора и автоматического регулятора температуры жидкости в резервуаре термостата выполняет ртутный контактный термометр, который не только показывает текущее значение температуры, но и управляет цепью питания катушки электромагнитного реле К1. В роли задатчика выступает подвижный контакт 5 РКТ, положение которого внутри капилляра РКТ определяет заданное значение температуры. До тех пор, пока столбик ртути не достигнет контакта 5, цепь электрического питания катушки реле К1 будет разомкнута и через нормально замкнутые (НЗ) контакты К1.1 и К1.2 будет течь ток в цепи электропитания нагревателя, т. е. будет выполняться нагрев жидкости до заданной температуры.
Процесс нагрева жидкости в термостате прекратится в момент, когда электропроводящий ртутный столбик жидкости замкнет цепь между нижним неподвижным и верхним подвижным контактом РКТ. При этом замыкании через катушку реле К1 будет течь постоянный ток, механическая система реле разомкнет контакты К1.1 и К1.2, и произойдет разрыв цепи электропитания нагревателя. В результате нагрев жидкости в термостате прекратится, и начнется ее охлаждение за счет теплопотерь в окружающую среду. Нагрев начнется снова, как только ртутный столбик опустится ниже верхнего подвижного контакта и тем самым разорвет цепь электропитания катушки реле К1.
Таким образом, РКТ не только отображает текущее значение температуры, а управляет низковольтной цепью питания реле К1, которое, в свою очередь, замыкает и размыкает высоковольтную цепь электрического питания нагревателя, периодически включая или отключая его.
Данный процесс иллюстрирует рис. 3.1.
Рассматривая термостат как объект регулирования, выделим в качестве регулируемой величины температуру жидкости в резервуаре, а регулирующего воздействия – напряжение питания нагревателя, который является исполнительным устройством. Возмущениями в данной системе могут быть, например, изменения напряжения в электросети и колебания температуры окружающей среды. Цель регулирования – поддержание (стабилизация) температуры жидкости в резервуаре на заданном значении.
Функции измерительного прибора и автоматического регулятора температуры жидкости в резервуаре термостата выполняет ртутный контактный термометр, который не только показывает текущее значение температуры, но и управляет цепью питания катушки электромагнитного реле К1. В роли задатчика выступает подвижный контакт 5 РКТ, положение которого внутри капилляра РКТ определяет заданное значение температуры. До тех пор, пока столбик ртути не достигнет контакта 5, цепь электрического питания катушки реле К1 будет разомкнута и через нормально замкнутые (НЗ) контакты К1.1 и К1.2 будет течь ток в цепи электропитания нагревателя, т. е. будет выполняться нагрев жидкости до заданной температуры.
Процесс нагрева жидкости в термостате прекратится в момент, когда электропроводящий ртутный столбик жидкости замкнет цепь между нижним неподвижным и верхним подвижным контактом РКТ. При этом замыкании через катушку реле К1 будет течь постоянный ток, механическая система реле разомкнет контакты К1.1 и К1.2, и произойдет разрыв цепи электропитания нагревателя. В результате нагрев жидкости в термостате прекратится, и начнется ее охлаждение за счет теплопотерь в окружающую среду. Нагрев начнется снова, как только ртутный столбик опустится ниже верхнего подвижного контакта и тем самым разорвет цепь электропитания катушки реле К1.
Таким образом, РКТ не только отображает текущее значение температуры, а управляет низковольтной цепью питания реле К1, которое, в свою очередь, замыкает и размыкает высоковольтную цепь электрического питания нагревателя, периодически включая или отключая его.
Данный процесс иллюстрирует рис. 3.1.
 |
Рис. 3.1. Процесс в двухпозиционной АСР
3.1.1. Запаздывание в двухпозиционных АСР
Запаздывание – явление, присущее всем элементам АСР. Проявляется оно в том, что объект регулирования, исполнительное устройство, измерительный прибор и регулятор не могут мгновенно отреагировать на внешнее воздействие. Отклик на воздействие, поступающее на вход элемента АСР, появляется на выходе спустя определенное время, называемое временем запаздывания τ. Запаздывание относят к динамическим свойствам.Так, в примере АСР температуры в термостате, приведенном выше (рис. 1.6), при изменении температуры жидкости в резервуаре, ртутному столбику термометра необходимо время, чтобы достичь соответствующей отметки, реле – чтобы его контакты замкнулись или разомкнулись, электронагревателю – для нагрева или охлаждения до нужной температуры и т. д. В промышленных объектах регулирования большой вклад в запаздывание вносят средства перемещения материалов: трубопроводы, воздуховоды, транспортеры.
Время, затрачиваемое на перемещение материала, называется транспортным или чистым запаздыванием τч.
Переключательный характер работы релейного регулятора в сочетании с запаздыванием вызывают незатухающие колебания регулируемой величины.
Увеличение запаздывания в двухпозиционной АСР приводит к увеличению периода и размаха колебаний регулируемой величины.
 |
Рис. 1.8. Графики процессов двухпозиционного рег-я при различных τ:
а – при запаздывании τ1; б – при запаздывании τ2 = 1,5τ1;
q – температура жидкости в резервуаре; qи – температура, измеряемая термометром;
qзд – температура, заданная регулятору; qср – среднее значение температуры; t – запаздывание объекта регулирования; Jпр – количество теплоты, выделяемое электронагревателем;
Jст – количество теплоты, уносимое вследствие теплопотерь;
Aк – размах автоколебаний; Тк – период автоколебаний; t – время
3.1.2. Гистерезис в двухпозиционных АСР
Гистерезис (от греч. hysteresis – отставание, запаздывание), явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела, неоднозначно зависит от физической величины, характеризующей внешние условия. Гистерезис наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внешними условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени.
Свойством гистерезиса обладают и переключательные элементы позиционных регуляторов.
При слишком частом переключении позиций регулятора многие исполнительные устройства перестают правильно отрабатывать регулирующее воздействие за счет свой инерционности. Кроме того, высокая частота переключения может привести к преждевременному выходу устройства из строя. Особенно это характерно для исполнительных устройств с механическими элементами. Чтобы уменьшить частоту переключения используют закон регулирования с гистерезисом (рис. 1).
Гистерезис (от греч. hysteresis – отставание, запаздывание), явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела, неоднозначно зависит от физической величины, характеризующей внешние условия. Гистерезис наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внешними условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени.
Свойством гистерезиса обладают и переключательные элементы позиционных регуляторов.
При слишком частом переключении позиций регулятора многие исполнительные устройства перестают правильно отрабатывать регулирующее воздействие за счет свой инерционности. Кроме того, высокая частота переключения может привести к преждевременному выходу устройства из строя. Особенно это характерно для исполнительных устройств с механическими элементами. Чтобы уменьшить частоту переключения используют закон регулирования с гистерезисом (рис. 1).
Рис. 1. Закон двухпозиционного регулирования с гистерезисом
Здесь переключение позиций регулятором выполняется не при достижении регулируемой величиной заданного значения, а на дальней по ходу движения границе зоны в некоторой окрестности от задания – «зоны неоднозначности». Ширина зоны неоднозначности a является параметром настройки данного закона регулирования и может принимать самые различные значения. При увеличении ширины a частота переключений уменьшается, но увеличивается размах колебаний регулируемой величины.
Гистерезис увеличивает размах и период колебаний регулируемой величины в АСР (рис. 2).
Гистерезис увеличивает размах и период колебаний регулируемой величины в АСР (рис. 2).
Рис. 2. Процесс регулирования в двухпозиционной САР с гистерезисом
3.1.3. Кратность притока
Для термостата кратностью притока n называется отношение притока тепла Jпр к стоку тепла Jст:
Для термостата кратностью притока n называется отношение притока тепла Jпр к стоку тепла Jст:
Примем допущение о том, что величины Jпр и Jст постоянны и не зависят от текущей температуры жидкости в резервуаре термостата, что близко к реальности при небольших колебаниях регулируемой величины. Тогда уравнение теплового баланса для объема жидкости v запишется так:
или с учетом (1.11)
где cv – объемная теплоемкость жидкости. Поэтому скорость изменения температуры (тангенс угла наклона кривой) зависит от значения кратности притока n.
Для того, чтобы жидкость нагревалась, кратность притока должна быть больше 1, а чтобы охлаждалась – меньше 1. В противном случае регулирование температуры осуществляться не будет.
В данном примере в нижней позиции регулятора нагреватель полностью отключается, при этом Jпр = 0
и n=0. В верхней позиции на нагреватель подается напряжение питания 220 В, при этом приток тепла без учета КПД равен мощности нагревателя P :
Jпр = Р
Различные электронагреватели обладают различной мощностью, поэтому кратность притока в АСР термостата зависит от установленного нагревателя.
Если кратность притока n = 2, то в соответствии с уравнениями (1.11) и (1.12) скорость роста температуры при нагреве равна скорости ее падения при охлаждении (углы αn=2 и β на рис. 1.11 равны). При этом колебательный процесс симметричен относительно линии заданного значения. Период колебаний симметричного процесса можно определить по величине запаздывания:
Tк = 4t.
Если n > 2, то температура при нагреве увеличивается быстрее, чем уменьшается при охлаждении.
При n < 2 рост температуры происходит медленнее падения.
Как видно из рис. 1.11, при n ≠ 2 колебательный процесс становится асимметричным, и изменяются размах и период колебаний.
Рис. 1.11. Влияние кратности притока n
на характер процесса регулирования релейной АСР температуры3.1.4. Достоинства и недостатки релейных регуляторов
Достоинства релейных регуляторов:
· простота конструкции;
· низкая стоимость;
· надежность работы;
· простота настройки и обслуживания;
· быстрая компенсация возмущений;
· возможность применения в комплекте с простыми и дешевыми исполнительными устройствами.
Недостатки:
· постоянный колебательный процесс;
· смещение среднего значения регулируемой величины относительно задания под действием различных возмущений.
Источник:
Дубровский И. И. Теория и практика применения позиционных законов регулирования в химической технологии / И. И. Дубровский, В. Л. Лукьянов, В. З. Магергут. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 192 с.
Достоинства релейных регуляторов:
· простота конструкции;
· низкая стоимость;
· надежность работы;
· простота настройки и обслуживания;
· быстрая компенсация возмущений;
· возможность применения в комплекте с простыми и дешевыми исполнительными устройствами.
Недостатки:
· постоянный колебательный процесс;
· смещение среднего значения регулируемой величины относительно задания под действием различных возмущений.
Источник:
Дубровский И. И. Теория и практика применения позиционных законов регулирования в химической технологии / И. И. Дубровский, В. Л. Лукьянов, В. З. Магергут. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 192 с.
1. Динамическая ошибка ΔXдин – это наибольшее отклонение регулируемой величины от заданного значения. Выражается в тех же единицах измерения, что и регулируемая величина.
2. Размах колебаний Aк. Выражается в единицах измерения регулируемой величины.
Задача оптимизации АСР – минимизация размаха колебаний.
Амплитуда колебаний: Ак/2.
3. Период колебаний Tк или обратная величина – частота
Период колебаний выражается в единицах измерения времени – секундах, минутах, часах и др. Частота – это количество колебаний за единицу времени, она измеряется в герцах (Гц ). Один Гц равен одному колебанию в секунду.
Этот критерий определяет, прежде всего, не качество процесса регулирования, а надежность релейной АСР. Чем меньше период колебаний (выше частота переключений), тем чаще срабатывает переключательный элемент регулятора и исполнительное устройство и, соответственно, тем меньше время наработки АСР на отказ. Это особенно важно в случае, если переключательные элементы и исполнительные устройства содержат механические детали. Примером могут служить электромагнитные реле и клапаны.
В то же время методы увеличения периода колебаний обычно вызывают и увеличение их размаха. Поэтому приходится находить компромисс между минимизацией размаха и обеспечением достаточно большого периода колебаний.
Размах и период автоколебаний зависит от свойств объекта регулирования: запаздывания t и постоянной времени объекта регулирования Tоб.
4. Смещение среднего значения регулируемой величины относительно задания регулятору ΔXср:
Этот критерий определяет, прежде всего, не качество процесса регулирования, а надежность релейной АСР. Чем меньше период колебаний (выше частота переключений), тем чаще срабатывает переключательный элемент регулятора и исполнительное устройство и, соответственно, тем меньше время наработки АСР на отказ. Это особенно важно в случае, если переключательные элементы и исполнительные устройства содержат механические детали. Примером могут служить электромагнитные реле и клапаны.
В то же время методы увеличения периода колебаний обычно вызывают и увеличение их размаха. Поэтому приходится находить компромисс между минимизацией размаха и обеспечением достаточно большого периода колебаний.
Размах и период автоколебаний зависит от свойств объекта регулирования: запаздывания t и постоянной времени объекта регулирования Tоб.
4. Смещение среднего значения регулируемой величины относительно задания регулятору ΔXср:
ΔXср = Xзд – Xср.
Среднее значение регулируемой величины Xср на временном интервале [t1, t2] находится с помощью интегрирования:
Большие значения ΔXср, действующие в течение длительного времени, могут вызывать нарушения режимов проведения технологического процесса, снижать качество выпускаемой продукции и приводить к другим отрицательным последствиям. Поэтому задача оптимизации АСР – минимизировать отклонение среднего значения.
Величина смещения среднего значения θср относительно задания регулятору определяется кратностью притока n.
Величина смещения среднего значения θср относительно задания регулятору определяется кратностью притока n.
 |  |
Регулирование с помощью них будем называть регулированием «полным притоком», поскольку подача максимального регулирующего воздействия на объект обычно означает максимальный приток субстанции – вещества или энергии. Такие регуляторы наиболее просты и не требуют настройки, однако они порождают возникновения колебаний регулируемой величины с довольно большим размахом, который желательно было бы уменьшить.
Статическая характеристика регулятора с «полным притоком» показана на рис. 1.29, а. До сих пор мы рассматривали лишь варианты регулирования «полным притоком».
Статическая характеристика регулятора с «полным притоком» показана на рис. 1.29, а. До сих пор мы рассматривали лишь варианты регулирования «полным притоком».
Рис. 1.29. Статические характеристики обратных регуляторов:
а – с «полным притоком»; б, в, г – с «неполным притоком»
Одним из методов снижения размаха колебаний регулируемой величины в двухпозиционных АСР, а следовательно, и улучшения качества регулирования – это регулирование «неполным притоком». В этом случае величина регулирующего воздействия изменяется не на 100 % (от Umin к Umax и обратно), а принимает некоторые промежуточные значения (рис. 1.29,б,в,г).
Закон регулирования «неполным притоком»:
Закон регулирования «неполным притоком»:
Логика работы регулятора с «неполным притоком» (формула (1.38) и рис. 1.29,б,в,г) полностью аналогична логике работы рассмотренного ранее обратного регулятора с «полным притоком» (формула (1.34) и рис. 1.2). Меняются лишь значения верхней Uв и нижней Uн позиций. При регулировании «неполным притоком» значения верхней Uв и нижней Uн позиций становятся параметрами настройки.
«Неполный приток» пригоден и для регуляторов с гистерезисом.
Для примера с термостатом переход к регулированию «неполным притоком» иллюстрирует рис. 1.31. Из рисунка видно, что введение регулирования «неполным притоком» существенно уменьшает размах колебаний регулируемой величины, что и является целью такого усложнения АСР.
«Неполный приток» пригоден и для регуляторов с гистерезисом.
Для примера с термостатом переход к регулированию «неполным притоком» иллюстрирует рис. 1.31. Из рисунка видно, что введение регулирования «неполным притоком» существенно уменьшает размах колебаний регулируемой величины, что и является целью такого усложнения АСР.
Рис. 1.31. Колебания регулируемой величины в релейной АСР:
а – регулирование «полным притоком»; б – регулирование «неполным притоком»
Способ регулирования «неполным притоком» может быть рекомендован для улучшения качества регулирования двухпозиционной АСР только при небольших возможных возмущениях.
Источник:
Дубровский И. И. Теория и практика применения позиционных законов регулирования в химической технологии / И. И. Дубровский, В. Л. Лукьянов, В. З. Магергут. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 192 с.
Источник:
Дубровский И. И. Теория и практика применения позиционных законов регулирования в химической технологии / И. И. Дубровский, В. Л. Лукьянов, В. З. Магергут. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 192 с.
3.3.2. Трехпозиционное регулирование
Как уже было сказано, основной недостаток двухпозиционных регуляторов – постоянный автоколебательный процесс, происходящий в системе с таким регулятором даже в отсутствие возмущений. Этот недостаток мог бы быть устранен, если бы позиционный регулятор имел помимо двух своих позиций – «включено» и «выключено» – еще одну, среднюю позицию.
Трехпозиционные регуляторы имеют 3 позиции – нижнюю, среднюю и верхнюю. В закон регулирования (рис. 3.3) вводится некоторый интервал регулируемой величины – зона нечувствительности. За пределами данного интервала регулятор включает или верхнюю Uв, или нижнюю Uн позиции, а внутри зоны нечувствительности – среднюю Uср.
Как уже было сказано, основной недостаток двухпозиционных регуляторов – постоянный автоколебательный процесс, происходящий в системе с таким регулятором даже в отсутствие возмущений. Этот недостаток мог бы быть устранен, если бы позиционный регулятор имел помимо двух своих позиций – «включено» и «выключено» – еще одну, среднюю позицию.
Трехпозиционные регуляторы имеют 3 позиции – нижнюю, среднюю и верхнюю. В закон регулирования (рис. 3.3) вводится некоторый интервал регулируемой величины – зона нечувствительности. За пределами данного интервала регулятор включает или верхнюю Uв, или нижнюю Uн позиции, а внутри зоны нечувствительности – среднюю Uср.
Рис. 3.3. Статическая характеристика трехпозиционного регулятора
Трехпозиционный закон регулирования можно описать формулой:
причем для правильной работы регулятора необходимо выполнение условия:
Проанализировав закон трехпозиционного регулирования (2.1), можно сделать вывод о том, что четыре переменных допускают варьирование в достаточно широких пределах: ширина зоны нечувствительности (параметр A), а также значения верхней (Uв), средней (Uср) и нижней (Uн) позиций. Следовательно, все они подходят для использования в качестве параметров настройки. Все трехпозиционные регуляторы должны иметь возможность настройки ширины зоны нечувствительности. На практике чаще всего применение находят регуляторы трех типов:
- с фиксированными позициями и настройкой ширины зоны нечувствительности;
- с фиксированными верхней и нижней позициями и настройкой средней позиции и ширины зоны нечувствительности;
- с возможностью настройки всех трех позиций и ширины зоны нечувствительности.
Чем больше параметров настройки имеет регулятор, тем сложнее его конструкция, а также, возможно, и конструкция исполнительного устройства, и тем сложнее его настраивать.
Настройка средней позиции. Регулирующее воздействие в средней позиции обычно выбирают так, чтобы оно было равно нагрузке объекта. Применительно к системе на рис. 2.2,б, регулирующее воздействие в средней позиции следует выбирать таким, чтобы обеспечить равенство Jпр = Jст.
Найти такое значение средней позиции можно по статической характеристике объекта регулирования (кривая 1 на рис. 2.5).
- с фиксированными позициями и настройкой ширины зоны нечувствительности;
- с фиксированными верхней и нижней позициями и настройкой средней позиции и ширины зоны нечувствительности;
- с возможностью настройки всех трех позиций и ширины зоны нечувствительности.
Чем больше параметров настройки имеет регулятор, тем сложнее его конструкция, а также, возможно, и конструкция исполнительного устройства, и тем сложнее его настраивать.
Настройка средней позиции. Регулирующее воздействие в средней позиции обычно выбирают так, чтобы оно было равно нагрузке объекта. Применительно к системе на рис. 2.2,б, регулирующее воздействие в средней позиции следует выбирать таким, чтобы обеспечить равенство Jпр = Jст.
Найти такое значение средней позиции можно по статической характеристике объекта регулирования (кривая 1 на рис. 2.5).
На графике статической характеристики проводят горизонтальную линию заданного значения Xзд до пересечения с кривой 1, и из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Полученное на этой оси значение регулирующего воздействия используют в качестве значения средней позиции трехпозиционного регулятора Uср.
Источник:
Дубровский И. И. Теория и практика применения позиционных законов регулирования в химической технологии / И. И. Дубровский, В. Л. Лукьянов, В. З. Магергут. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 192 с.
Источник:
Дубровский И. И. Теория и практика применения позиционных законов регулирования в химической технологии / И. И. Дубровский, В. Л. Лукьянов, В. З. Магергут. – М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 192 с.
