Виды переходных процессов в АСР

Переходной процесс —это изменение регулируемого параметра во времени в процессе автоматического регулирования, то есть когда на систему оказано возмущающее воздействие и регулятор приводит параметр к заданному значению.

В зависимости от динамических характеристик объекта и установленных параметрах настройки регулятора возможны различные виды переходных процессов. АСР находится на грани устойчивости. Рассмотрены параметры переходного колебательного процесса

 

В устойчивых АСР возможны виды переходных процессов:

(а)- апериодический сходящийся процесс, имеет одну амплитуду колебания

 

 

 

(б)- затухающий колебательный процесс

 

 

 

(в)- колебательный процесс с постоянной амплитудой колебания.

АСР находится на грани устойчивости.

 

Неустойчивая АСР и их переходные процессы.

 

(г)- апериодический расходящийся

 

 

 

(д)- колебательный расходящийся

 

Параметры колебательного переходного процесса:

tр – время переходного процесса или время регулирования – это интервал времени от начала воздействия до момента достижения параметром стабильного значения.

∆G₁ – максимальное динамическое отклонение или динамическая ошибка регулирования – это есть максимальное отклонение регулируемого параметра от заданного значения.

∆G_СТ – статическая ошибка регулирования – это остаточное отклонение параметра от G_ЗД в установившемся режиме, когда процесс регулирования закончен.

∆G_СТ дают П- и ПД-регуляторы.

Величина перерегулирования: .

Наиболее приемлемым является процесс с 20% перерегулированием. Желаемый вид переходного процесса достигают путем установки соответствующей настройки регулятора: D, Т_i и Т_Д.

Автоматические регуляторы

 

Пневматические регуляторы

Широко используются на химическом производстве.

Достоинства:

1. Абсолютно пожаро-взрывобезопасносны;

2. Простота конструкций;

3. Низкая стоимость;

4. Достаточная надежность работы в тяжелых производственных условиях;

5. Возможность организации на их основе сложных АСР.

Недостатки:

1. Низкое быстродействие;

2. Сравнительно небольшие расстояния для передачи пневматических сигналов (до 300 м);

3. Требуется специальное питание сжатым воздухом. Сжатый воздух должен быть тщательно очищен и осушен с давлением 1,4 кгс/см² или 140 кПа ± 10%.

Элементная база пневмоавтоматики основывается на элементах УСЭППА – (универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики).

Из стандартных элементов собирают различные устройства пневмоавтоматики, в том числе функциональные блоки, регуляторы, вычислительные устройства и измерительные преобразователи.

 

Рассмотрим основные элементы УСЭППА:

1. Постоянный дроссель;

2. Регулируемый дроссель;

3. Пневматическая емкость;

4. Дроссельный сумматор.

Дроссельный сумматор предназначен для суммирования давлений с одновременным умножением на коэффициенты.

; ; .

 

Элементы сравнения

Предназначены для сравнения двух или четырех входных сигналов и формируют на выходе дискретные сигналы 0 или 1.

А, Б, В, Г- камеры образованные мембранами с жестким центром; Р₁, Р₂ - входные давления воздуха; Р_ВЫХ – выходной сигнал.

Трехмембранный элемент сравнения на два входа состоит из четырех камер, ограниченных секциями корпуса и блоком трех мембран, связанных между собой штоком и закрепленных по периметру. Площадь средней мембраны превышает крайних. Жесткие центры крайних мембран, служат заслонками сопл в камерах А и Г. Камеры А и Г сообщены между собой. Воздух питания через верхнее сопло поступает в камеру Г. Через нижнее сопло камера А сообщается с атмосферой. Давление в камерах А и Г – выходной сигнал элемента сравнения Р_ВЫХ. Входные сигналы Р₁ и Р₂ подаются в камеры В и Б.

Блок сравнения находится под воздействием сил, развиваемых давлениями в камерах элемента сравнения. Мембраны обладают малой жесткостью и поэтому даже при рассогласовании входных давлений, равном 150 – 200 Па, суммарное усилие достаточно для перемещения блока мембран в одно из крайних положений.

При Р₁ Р₂, то есть давление в камере В больше чем в камере Б, результирующая сила будет направлена вниз, и мембранный блок опустится. Сопло в камере А при этом закроется и перекроет линию выхода воздуха в атмосферу, а сопло в камере Г откроется, и воздух питания, поступая в камеры А и Г, сформирует на выходе элемента сравнения сигнал 1.

При Р1<Р2, мембранный блок смещается вверх, сопло в камере Г закроется, и прекратится подача воздуха питания, а сопло в камере А откроется, и линия выхода элемента сравнения сообщится с атмосферой. При этом сигнал на выходе станет равным 0. Таким образом, трехмембранный элемент сравнения представляет собой пневматическое реле, обрабатывающее зависимость:

}

Пятимембранный элемент сравнения имеет четыре входа. Состоит из шести камер, разделенных пятью мембранами, связанными в блок. Входные сигналы поводятся в камеры Б, В, Г и Д. Выходной сигнал отводится из камер А и Е. В остальном конструкция и работа аналогичны трехмембранному элементу сравнения. Он представляет собой пневматическое реле и обеспечивает выполнение операции

}

Пятимембранный элемент сравнения (сумматор). В пневматических приборах элементы сравнения часто используют в качестве мембранного сумматора для алгебраического суммирования непрерывных выходных сигналов.

Для этого выходной сигнал Р_ВЫХ направляют в камеру Б, камеру отрицательной обратной связи. Элемент приходит в равновесие, когда усилия, развиваемые входными давлениями, уравновешиваются усилием, создаваемым Р_ВЫХ = Р_Б и расходы воздуха в камерах Б, В, Г и Д одинаковы, то при равновесии справедливо равенство

Р_ВЫХ = Р₁ – Р₂ – Р₃.

Следовательно, при такой коммутации элемент сравнения выполняет функцию сумматора, который складывает два сигнала со знаком «плюс» и один со знаком «минус». Р₁, Р₂, Р₃ изменяются в пределах от 0,2÷1кгс/см².

Пневматические позиционные регуляторы

1-ручной задатчик; 2-постоянный дроссель; 3-манометр для показания заданного давления; 4-переключатель; 5-трехмембранный элемент сравнения; 6-пневматический усилитель.

Р_ЗД - заданное давление, устанавливается с помощью рукоятки на задатчике. Р_ЗД подается в камеру В, а Р_ВХ - измеренное давление, пропорциональное регулируемому параметру, подается в камеру Б.

1) Если Р_ВХ < Р_ЗД, Р_ВЫХ = 1, (100 кПа÷140 кПа)

2) Если Р_ВХ > Р_ЗД, Р_ВЫХ = 0

Этот регулятор отрабатывает двухпозиционный закон регулирования без зоны чувствительности. Регулирующий клапан может занимать 2 фиксированных положения «открыто», «закрыто».

Электронные автоматические регуляторы

Достоинства:

1. Удобный вид питания;

2. Высокое быстродействие электронных регуляторов;

3. Передача управляющих воздействий осуществляется на большие расстояния.

Недостатки:

1. Пожаро-взрывоопасность электрических устройств;

2. Конструктивно сложнее, чем пневматические регуляторы и дороже.

Электронные регуляторы выполняются в виде отдельных блоков, которые используются для монтажа локальных автоматических систем регулирования. Электронные регуляторы используют стандартные электрические сигналы (входные и выходные). Аналоговые сигналы: постоянного тока (0÷5мА; 4÷20мА); напряжение постоянного тока (0÷10мВ; 0÷100мВ; 0÷10В). Дискретные сигналы. Логический ноль при 0÷3В, логическая единица при 18÷30В (обычно постоянное напряжение 24 В).

В настоящее время блочные электронные регуляторы вытесняются микропроцессорными контроллерами, они более удобны в эксплуатации. Один микропроцессорный контроллер может заменить до 100 локальных регуляторов.