Студопедия — Структурная схемы регулятора. Передаточная функция. Устройство и принцип действия
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Структурная схемы регулятора. Передаточная функция. Устройство и принцип действия






В зависимости от вида энергии, идущей от вспомогательного источника для формирования сигнала, различают следующие виды приборов и устройств: пневма­тические, электрические, гидравлические. В последнее время стали часто применять электронные регуляторы в основе работы которых лежат микроконтроллеры. Кроме того, имеются приборы и устройства без источника вспомогательной энергии: в этом случае сигнал формируется за счет энергии контролируемой среды.

Основная регулируемая величина — давление пара, которая характеризует баланс между производимым паром в котле и потребляемым. Нарушение этого баланса сопровождается отклонением давления, которое измеряется регулятором давления пара, изменяющим через исполнительный орган подачу топлива в топку и восстанавливающим тем самым нарушенный тепловой баланс.

Основные требования к регулятору давления пара могут быть сформулированы следующим образом:

-отклонение давление пара в точке отбора импульса на регулятор должно составлять ± 0.05 МПа;

-в переходных режимах падение давления пара не должно превышать 10 % номинального при изменении нагрузки котла от минимальной до максимальной за период не менее 60 с;

-допускается повышение давления пара, не приводящее к подрыву предохранительных клапанов при изменении нагрузки котла от максимальной до минимальной за время не менее 30 с;

-давление пара в указанных пределах должно поддерживаться при изменениях расхода пара со скоростью не более 1.5 % в секунду (при повышении нагрузки) и 3 % в секунду (при снижении нагрузки).

Независимо от типа регуляторы давления пара не получают исчерпывающей информации по действительному расходу топлива, вследствие чего значение выходного сигнала из регулятора при одних и тех же нагрузках котла может быть неодинаковым. Величина выходного сигнала из регулятора обусловлена не толь­ко нагрузкой, но и положением топливорегулирующего органа, которое зависит от сорта топлива, температуры его подогрева, износов топливорегулирующего органа и распылителей форсунок. Так как выходной сигнал регулятора давления пара обычно является сигналом задания для регулятора подачи воздуха, это обстоятельство соответствующим образом влияет на отклонения коэффициента избытка воздуха и снижает экономичность котельной установки.

В переходных режимах работы котельной установки система автоматического регулирования должна обеспечить возможно меньшие отклонения давления пара, исключить подрыв предохранительных клапанов и уменьшить влияние контура регулирования давления пара на контур регулирования уровня воды. Кроме того, необходимо учитывать влияние контура регулирования давления пара на контур регулирования подачи воздуха. Последний налагает ряд существенных ограничений на процесс регулирования давления пара — необходимо исключить колебательность процесса при возможно меньших динамических рассогласованиях в подаче топлива и воздуха. Очевидно, что различные структуры регуляторов обеспечивают неодинаковое качество переходных процессов.

Введение импульса по скорости отклонения давления пара с помощью дифференцирующей приставки в одноимпульсный П-регулятор несколько уменьшает динамическое отклонение давления пара. Введение же его в двухимпульсный регулятор практического улучшения процесса не дает. Наиболее благоприятный процесс обеспечивает двухимпульсный П-регулятор (динамическое отклонение 6.6 %, время процесса 65 с, отсутствует колебательность). ПИ-регулятор уменьшает динамическое отклонение до 6%, однако при этом наблюдаются значительное перерегулирование, колебательность и увеличение времени процесса.

Из сказанного выше следует, что наиболее высокая статическая точность обеспечивается ПИ-регулятором. В то же время в переходных режимах с ПИ-регулятором трудно обеспечить апериодический процесс при допустимых динамических отклонениях, что увеличивает динамические рассогласования между подачей топлива и воздуха. Так как установившихся режимов в строгом понятий в судовых котельных установках нет (постоянно существуют возмущения в виде включений различных механизмов и аппаратов, изменения упора винта на волнении и т. п.), во избежание дымности возникает необходимость сжигания топлива с повышенным коэффициентом избытка воздуха, что снижает коэффициент полезного действия (к. п. д.) котельной установки.

Колебательность процесса исчезает при двухимпульсном П-регуляторе, однако этот регулятор не обеспечивает высокой статической точности, т. е. уступает по этому показателю ПИ-регулятору.

Таким образом, в контуре регулирования давления пара следует отдавать предпочтение ПИ-регуляторам, если имеется возможность посредством настройки регулятора обеспечить апериодический переходный процесс с допустимой величиной динамического отклонения давления пара.

Современные микроконтроллеры, как правило, содержат целый арсенал развитых цифровых и аналоговых периферийных блоков и модулей.

Массовое производство микроконтроллеров привело к их значительному удешевлению и, как следствие, к широчайшему использованию в разнообразном промышленном и бытовом оборудовании, особенно в 4-ох разрядном и 8-ми разрядном исполнении.

Корпорация Atmel(США) хорошо известна как на мировом, так и на российском рынках электронных компонентов и является одним из признанных мировых лидеров в разработке и производстве сложных изделий современной микроэлектроники – устройств энергонезависимой памяти высокого быстродействия и минимального удельного энергопотребления, микроконтроллеров общего назначения и микросхем программируемой логики. Сейчас Atmel лидирует в производстве Flash-микроконтроллеров общего назначения.

AVR-микроконтроллеры, пожалуй, одно из самых интересных направлений, развиваемых корпорацией Atmel.

Объёмы продаж AVR удваиваются ежегодно, неуклонно растёт число сторонних фирм, выпускающих программные и аппаратные средства поддержки разработок для этих микроконтроллеров.

Можно считать, что AVR постепенно становятся еще одним индустриальным стандартом среди 8-разрядных микроконтроллеров общего назначения.

В настоящее время в производстве Atmel Corp. находятся три семейства AVR – “tiny”, “classic” и “mega”, различающиеся объёмами.

Все AVR полностью статические, их минимальная рабочая частота ничем не ограничена (вплоть до пошагового режима). Микроконтроллер ATtiny15L имеет дополнительный блок PLL для аппаратного умножения основной тактовой частоты в 16 раз. При её номинальном значении 1,6 МГц получаемая вспомогательная периферийная частота равна 25.6 МГц. Эта частота может служить источником для одного из таймеров/счётчиков микроконтроллера, значительно повышая его точность работы.

Микроконтроллеры AVR имеют от 1 до 4 таймеров/счётчиков общего назначения с разрядностью 8 или 16 бит.

Общие черты всех таймеров/счётчиков следующие:

а) наличие программируемого предделителя входной частоты с различными границами деления. Отличительной чертой является возможность работы таймеров/счётчиков на основной тактовой частоте микроконтроллера без предварительного её понижения, что заметно повышает точность генераций временных интервалов системы;

б) независимое функционирование от режима работы процессорного ядра микроконтроллера (т.е. они могут быть, как считаны, так и загружены новым значением в любое время);

в) возможность работы или от внешнего источника опорной частоты, или в качестве счётчика внешних событий. Верхний частотный порог определён в этом случае как половина основной тактовой частоты микроконтроллера. Выбор перепада внешнего источника (фронт или срез) программируется пользователем.

г) наличие различных векторов прерываний для событий «переполнение содержимого», «захват», «сравнение».

AVR представляют собой 8-разрядный RISC микроконтроллер, имеющий быстрое процессорное ядро, Flash-память программ ROM, память данных SDRAM, порты ввода/вывода и интерфейсные схемы.

Гарвардская архитектура AVR реализует полное логическое и физическое разделение не только адресных пространств, но и информативных шин для обращения к ROM и SDRAM.

Такое построение уже ближе к структуре цифровых сигнальных процессоров и обеспечивает существенное повышение производительности.

Использование одноуровневого конвейера в AVR также заметно сократило цикл «выборка-исполнение» команды. Например, у стандартных микроконтроллеров семейства MCS-51 короткая команда выполняется за 12 тактов генератора (машинный цикл), в течение которого процессор последовательно считывает код операции и исполняет её. В микроконтроллерах AVR короткая команда в общем потоке тоже выполняется за один машинный такт, но он составляет всего один период тактовой частоты.

 

Теперь подробно рассмотрим работу самого регулятора, представленного на рис(2.1.1).

Датчик давления (DMK331 изображенный на рис.2.1.2) измеряет значение давления пара в паровом барабане котла. Измеренное давление преобразуется в сигнал по току от 0 до 20мА и через резистор в напряжение на входе АЦП контроллера. На входы АЦП контроллера также подается напряжение с потенциометра задания на регулятор, напряжения с потенциометров для изменения коэффициента пропорциональности и времени интегрирования. АЦП контроллера является многоканальным. Программа, записанная в память программ контроллера получает результаты преобразования напряжений с АЦП, сравнивает измеренное значение давления с помощью датчика давления с заданным с помощью потенциометра задания, разницу между измеренным и заданным значениями обрабатывает по ПИ-закону регулирования, результат преобразовывает в прямоугольные импульсы определенной частоты, которая управляет углом поворота вала шагового двигателя постоянного тока (ШДПТ) и степенью открытия топливного клапана.

Рис. 2.1.1. Принципиальная схема электронного ПИ-регулятора на базе

микроконтроллера фирмы Atmel

Рис. 2.1.2. Датчик DMK331

 

По приведенной выше принципиальной схеме построим функциональную схему:

 

 

 

Рис. 2.1.3. Функциональная схема одноимпульсного ПИ-регулятора

ЧЭ – чувствительный элемент;

ЗУ – задающее устройство;

ПДТ –преобразователь давления в ток;

ПИ – ПИ-ячейка;

ИМ – исполнительный механизм.

Тогда структурная схема примет вид:

 

Рис. 2.1.4. Структурная схема одноимпульсного ПИ-регулятора

Передаточные функции звеньев:

По структурной схеме получим передаточную функцию ПИ регулятора:

Принимаем = 1, = 5, = 1, =20с.

 







Дата добавления: 2015-10-15; просмотров: 2982. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Гносеологический оптимизм, скептицизм, агностицизм.разновидности агностицизма Позицию Агностицизм защищает и критический реализм. Один из главных представителей этого направления...

Функциональные обязанности медсестры отделения реанимации · Медсестра отделения реанимации обязана осуществлять лечебно-профилактический и гигиенический уход за пациентами...

Определение трудоемкости работ и затрат машинного времени На основании ведомости объемов работ по объекту и норм времени ГЭСН составляется ведомость подсчёта трудоёмкости, затрат машинного времени, потребности в конструкциях, изделиях и материалах (табл...

Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...

Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование:пакетики семян различных сортов томатов...

Тема: Составление цепи питания Цель: расширить знания о биотических факторах среды. Оборудование:гербарные растения...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия