Автоматические регуляторы (АР).

Классификация АР:

по конструктивному исполнению регуляторы бывают:

- приборные;

- агрегатные;

- микропроцессорные.

Приборные встраивают внутри измерительных приборов.

Агрегатные выполняют в виде отдельных блоков, из которых можно составить требуемый закон регулирования.

В зависимости от регулируемой величины приборные регуляторы называют по названию измеряемого и регулируемого параметра. Например, регуляторы температуры, …давления, …уровня, … концентрации.

 

по роду действия:

- регуляторы прерывистого действия, РПД;

- регуляторы непрерывного действия, РНД.

РПД делятся на релейные (позиционные) и импульсные.

В импульсных измер-е регулируемого параметра осущ. непрерывно, а регулир-е возд-е оказ-тся периодически через опред-е инт-лы времени опред-й длительности. Для созд-я импульсных АСР на выходе управ-х ЭВМ устан-т цифроимпульсный преобразователь ЦИП.

У непрерывных регуляторов измер-е регулир-го параметра осуществляется непрерывно и так же непрерывно оказ-тся регулир-е возд-е на объект.

Выбирают род действия регулятора в зависимости от динам. хар-к ОУ

при > 0,2 (0,1) – релейный регулятор;

= 0,2 1 – регулир-р непрер-го действия;

> 1 (0,6) - импульсный регулятор.

по способу действия:

- регуляторы прямого действия;

-регуляторы косвенного (непрямого) действия.

Регулятор непрямого действия использует энергию извне, т.е. требуют подачи энергии для питания.

По виду используемой энергии регуляторы бывают:

- электрический;

- пневматические (используют энергию сжатого воздуха);

- гидравлические (используют энергию жидкости под давлением);

- комбинированные.

по законам регулирования регуляторы классифицируют:

- Пз – позиционные (релейные);

- П – пропорциональные регуляторы (статические);

- И – интегральные (астатические);

- Пи – пропорционально-интегральные (изодромные);

(Изодром – постоянно выравнивающий);

- ПД – пропорционально-диффереренциальные регуляторы (статические с предварением или с упреждением);

- ПИД – пропорционально-интегрально-дифференциальные (изодромные с предварением).

Закон регулирования представляет собой зависимость выходной величины регулятора (положение регулирующего органа ) от изменения регулируемого параметра . Зависимость закона регулирования в общем виде записывается: .

 

Позиционные (релейные) регуляторы

 

Позиционные регуляторы бывают:

- 2-хпозиционные;

- 3-хпозиционные;

- многопозиционные;

Двухпозиционным н азывается регулятор, в котором в зависимости от значения регулируемого параметра регулирующий орган может занимать только два фиксированных положения: открыто или закрыто, (включено или выключено).

Закон регулирования двухпозиционного регулятора:

µ=1 при G < G_ЗД (включено);

µ=0 при G > G_ЗД (отключено).

Переходной процесс регулирования – изменение регулируемого параметра во времени в процессе регулирования.

Вид переходного процесса двухпозиционного регулирования представлено ниже:

а) двухпозиционное регулирование без зоны нечувствительности;

б) двухпозиционное регулирование с зоной нечувствительности

а)

 

б )

Закон регулирования двухпозиционного регулятора с зоной нечувствительности:

µ = 1 при G<G_ЗД + ∆/2;

µ = 0 при G>G_ЗД - ∆/2.

 

(G – значение регулируемого параметра; G_ЗД – заданное значение регулируемого параметра; μ – положение регулирующего органа.)

Двухпозиционные регуляторы с зоной нечувствительности (неоднозначности) имеют единственный параметр настройки − величину зоны нечувствительности ∆. С увеличением зоны нечувствительности качество регулирования ухудшается, но уменьшается число срабатывания аппаратуры. Под качеством регулирования понимают величину отклонения регулируемого параметра от заданного значения G_ЗД.

Трехпозиционные регуляторы.

Трехпозиционным называется регулятор, у которого в зависимости от значения регулируемого параметра регулирующий орган может занимать помимо двух крайних положений еще одно среднее положение.

Закон регулирования трехпозиционного регулятора:

μ = 1 при G<(G_ЗД - ∆/2);

μ = 0,5 при (G_ЗД - ∆/2)< G <(G_ЗД +∆/2);

μ = 0 при G>(G_ЗД + ∆/2);

Трехпозиционные регуляторы имеют существенное преимущество по сравнению с двухпозиционными регуляторами. Если при значении μ_СР можно установить равенство притока и оттока вещества или энергии в объекте, т.е. при µ_СР Q_ПР = Q_РАСХ, то значение регулируемого параметра G практически не будет изменяться, т.е. будет находиться вблизи заданного значения G_ЗД

 

Пропорциональные (статические) регуляторы.

Пропорциональными (П-регуляторами) или статическими называются регуляторы, в которых перемещение регулирующего органа μ пропорционально величине отклонения регулируемого параметра от заданного значения.

-µ=S*G,

где µ − перемещение регулирующего органа;

G − изменение регулируемого параметра;

S − коэффициент пропорциональности;

Чем на большую величину отклоняется регулируемый параметр от заданного значения, тем на большую величину переместится регулирующий клапан. П-регуляторы могут регулировать параметры в пределах зоны регулирования D.

В пропорциональном регуляторе каждому значению регулируемого параметра соответствует свое строго определенное положение регулирующего органа: G1−µ1; G2−µ2;

Поэтому такие регуляторы называются еще регуляторами с отрицательной жесткой обратной связью.

Статическая характеристика пропорционального регулятора

При D=200% изменения параметра G на 10% вызовет перемещения регулирующего органа на μ=5%.

Из-за наличия жесткой обратной связи пропорциональные регуляторы не способны поддерживать регулируемый параметр на точно заданном значении.

У пропорциональных регуляторов всегда есть остаточное отклонение регулируемого параметра от заданного значения или статическая ошибка регулирования.

Коэффициент пропорциональности S связан с пределом пропорциональности D выражением:

S=1/D*100%,

Где S - в долях единиц, D - в %.

Предел пропорциональности D – изменение регулируемого параметра, выраженное в %, соответствующее полному перемещению регулирующего органа от «открыто» до «закрыто».

Закон П-регулятора записывают в виде:

-µ=1/D *G+µ₀,

где µ₀ – начальное положение регулирующего органа.

Знак «-» обозначает обратное действие (когда уровень G увеличивается, то μ уменьшается, т.е. клапан прикрывается).

Предел пропорциональности D является единственным параметром настройки П-регулятора. В промышленных регуляторах D изменяется от 5 до 3000%.

П-регуляторы на возмущение регулируют практически мгновенно, то есть обладают хорошим быстродействием.