39811

Типовые законы управления и регуляторы

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Регулятором является устройство анализирующее состояние объекта управления и вырабатывающее управляющее воздействие. В зависимости от поставленных задач и объекта управления выбирается структура и параметры регулятора. Законом управления регулирования называется описывающее регулятор дифференциальное уравнение.

Русский

2013-10-08

302 KB

29 чел.

Типовые законы управления и регуляторы.

Регулятором является устройство, анализирующее состояние объекта управления и вырабатывающее управляющее воздействие. В зависимости от поставленных задач и объекта управления, выбирается структура и параметры регулятора. Законом управления (регулирования) называется описывающее регулятор дифференциальное уравнение. Типовыми считаются следующие законы управления и регуляторы.

  1.  Пропорциональный регулятор.
  2.  Интегрирующий регулятор.
  3.  Пропорционально - интегрирующий регулятор.
  4.  Дифференцирующий регулятор.
  5.  Пропорционально - дифференцирующий регулятор.
  6.  Пропорционально - интегро- дифференцирующий регулятор.

Операторный метод.

Индуктивность: .

Емкость:

Пропорциональный регулятор.

Автоматическое регулирование, при котором сигнал управления пропорционален отклонению регулируемой величины, называется пропорциональным.

(на рисунке представлена структура регулятора).

Достоинства: работают с любым объектом управления, наиболее просты.

Недостатки: наличие статической ошибки, среднее быстродействие.

ОУ представляет собой усилитель постоянного тока в интегральном исполнении. Zвх, Zос – в операторной форме.

Схема регулирования давления воздуха в емкости V с пневматическим пропорциональным регулятором. Измерителем служит манометрическая трубка 1, шарнирно связанная с рычагом 2, который несет на себе заслонку 10 усилительного пневмоэлемента типа сопло-заслонка. Питание рабочего воздуха к пневмоэлементу подается через пневмосопротивление 9. Давление, устанавливающееся между элементами 9 и 10, является выходным; через пневмоусилитель регулятора 8 оно подается к сервомотору 7 регулирующего органа и в наружную полость сильфона 4 жесткой отрицательной обратной связи регулятора. Между этой полостью и выходной магистралью сопротивления нет, так что давление здесь меняется одновременно с входным; оно приводит к появлению на рычаге 2 момента, противоположного по знаку момента со стороны трубки 1. Рычажная система регулятора приходит в равновесие, когда на рычаге 2 момент со стороны измерителя 1 уравновешивается моментом со стороны штока 3 обратной связи. В результате этого каждому значению давления Рвх на входе регулятора соответствует определенное давление Рвых на выходе.

Интегрирующий регулятор (сигнал пропорционален интегралу ошибки).

ТИ – время изодрома, за которое на выходе интегрирующего блока сигнал достигает номинального значения при номинальном входном.

Достоинства: исключает статическую ошибку.

Недостатки: плохие динамические характеристики, невозможность работы с интегральными объектами управления.

Отдельно используются редко: в СУ мощными, сильно инерционными электроприводами.

Пропорционально - интегрирующий регулятор.

Достоинства: прост, устраняет статическую ошибку.

Пропорциональная составляющая формируется за счет сигнала, поступающего в наружную полость сильфона 4. Между этой полостью и выходной магистралью сопротивлений нет, так что давление здесь изменяется одновременно с выходным; оно приводит к появлению на рычаге 2 момента, который противоположен по знаку моменту со стороны трубки 1.

Интегральная составляющая формируется за счет сигнала, поступающего в наружную полость сильфона 11 через дроссель 5. Эффект действия дросселя состоит в замедлении процесса накапливания в этой полости давления, уменьшающего действие пропорциональной составляющей. Изменение давления в наружной полости сильфона 11 приводит к появлению на рычаге 2 момента, совпадающего по знаку с моментом со стороны измерителя 1, в результате чего выходное давление регулятора дополнительно изменяется на некоторое значение в том же направлении, что и от входного сигнала Рвх. Давления в коробках сильфонов 4 и 11 выравнятся, когда давление Рвх возвратится к значению, существовавшему в предшествовавшем установившемся режиме, в то время как управляющее давление Рвых достигнет значение, соответствующего новой нагрузке.

Дифференцирующий регулятор.

Информация о том, каковы знак и величина производной от отклонения регулируемой величины по времени в данный момент времени позволяет прогнозировать  изменение этой величины.

, то есть управляющее воздействие пропорционально скорости изменения ошибки регулирования или производной от ошибки. Для этих регуляторов характерно то, что в статических режимах они не работают, и имеет место разрыв обратной связи. На практике их поэтому не применяют.

Пропорционально-дифференцирующий регулятор.

Тд – постоянная времени дифференцирования, время предварения. Регулятор предваряет изменение регулируемого параметра, улучшая управление. При изменении регулируемого параметра в сигнале управляющего воздействия появляется дополнительная составляющая, препятствующая изменению регулируемого параметра. ПД регулятор улучшает переходный процесс, сглаживая колебания.

Рассмотрим схему пневматического ПД-регулятора. Отличие от П-регулятора состоит в дросселе 6, установленном в регуляторе с предварением перед камерой сильфона 4 обратной связи. Измерителем входного воздействия Рвх служит манометрическая трубка 1, связанная с рычагом 2. Величина управляющего сигнала между пневмосопротивлением 9 и элементо сопло-заслонка 10 зависит от зазора между соплом и заслонкой, измеряющемуся десятыми долями миллиметра. При бездействии ОС регулятора даже небольшие изменения Рвх способны вызывать существенные изменения Рвых. Рвых после пневмоусилителя 8 подается к сервомотору 7 и в систему ОС, состоящей из дросселя 6, сильфона 4 и штока 3, присоединяемого к рычагу 2. В статике давление по обе стороны дросселя 6 уравнено, и регулятор работает как П-регулятор, а в динамике, когда действие ОС блокировано дросселем 6 с очень большим коэффициентом усиления, то есть имеет место дифференцирование. По мере уменьшения разности давлений на дросселе 6 этот коэффициент уменьшается, возвращаясь к такому же значению, как и при пропорциональном регуляторе. Пусть входное давление регулятора увеличилось на Δрвх . В первый момент зазор между соплом и заслонкой 10 резко уменьшится, так как ООС, выражающаяся в появлении на рычаге 2 усилия, противоположного усилию со стороны трубки 1, из-за дросселя 6 не вступила в работу. Выходное давление регулятора в этот начальный момент изменится на величину

Δрвых1 =Кд Δрвх, где Кд – коэффициент усиления в динамике. Настолько же в начальный момент увеличится и давление сжатого воздуха перед дросселем 6; давление в наружней полости сильфона 4 станет повышаться со скоростью, пропорциональной степени открытия и разности давлений по обе стороны этого дросселя.

Регулятор с предварением заканчивает свою работу как пропорциональный, а начинает с того, что сообщает процессу, протекающему в объекте, возможно большее ускорение.

Пропорциональный интегро – дифференцирующий регулятор.

Регулятор имеет наиболее сложную структуру, но обеспечивает наилучший переходный процесс, с нулевой статической ошибкой.

Измерительная трубка Бурдона 1 подает импульс Рвх на рычаг 2, изменяя зазор элемента сопло-заслонки. Сигнал между элементом 10 и пневмосопротивлением 9 резко возрастает, формируя сигнал по производной, и подается на пневмоусилитель 8, далее на сервомотор 7. Помере уравнивания давления на дросселе 5 сильфон 11 через шток 12 увеличивает сигнал на входе усилителя, устраняя статическую ошибку. Таким образом дросселем 6 можно регулировать время предварения Тд, а дросселем 5 – время изодрома или постоянную времени интегрирования.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50605. Создание интерьера кухни с помощью примитивов 3ds Max 677.5 KB
  Например все объекты сцены на рис. Сцена созданная из примитивов 3ds Mx Цель: Смоделировав подобную сцену вы ознакомитесь с интерфейсом программы научитесь создавать объекты и производить с ними основные операции: выравнивание перемещение вращение клонирование. Научиться производить над объектами основные операции.
50606. Проблемы реализации геополитической стратегии Российской Федерацией 99 KB
  Понятие “геополитика” в современном мире рассматривается, иногда чересчур широко, что, в конечном счете, размывает характерные особенности данного явления.
50607. Создание тел вращения по профилю сечения при помощи сплайнов 923.5 KB
  Сегмент segment это участок линии сплайна между двумя соседними вершинами. Криволинейные сегменты представляются набором прямолинейных отрезков часто незаметных для глаза число которых задается при создании сплайна. Вершины vertex сплайна различаются по типу и определяют степень кривизны сегментов сплайна прилегающих к этим вершинам.
50608. Создание объектов методом Editable Mesh (Редактируемая поверхность) 879 KB
  Переключитесь в режим редактирования Polygon Полигон. Выйдите из режима редактирования Polygon Полигон выделите объект перейдите на вкладку Modify Изменение командной панели выберите из списка Modifier List Список модификаторов модификатор MeshSmooth Сглаживание. Переключитесь в режим редактирования Edge Ребро. Переключитесь в режим редактирования Vertex Вершина.
50609. Создание объектов методом Editable Poly (Редактируемая полисетка) 390 KB
  Далее выделяете полигоны показанные на рисунке 3 выбирать можно по одному удерживая кнопку ctrl. Рис. Должно получиться как на рисунке 4.
50610. Создание объектов при помощи NURBS-кривых и NURBS-поверхностей 278.5 KB
  Отдельные фрагменты NURBS-поверхностей можно прикреплять друг к другу для наращивания общей площади. Различают два типа NURBSповерхностей: точечная поверхность point surfce проходит через все опорные точки заданные в трехмерном пространстве; CVповерхность CV surfce плавно огибает все опорные точки заданные в трехмерном пространстве и называемые управляющими вершинами Control Vertices CV. Создать стеклянные плафоны методом вращения профиля в виде NURBSкривой.
50611. Создание объектов при помощи модификаторов Bevel Bend и Extrude 1.78 MB
  Измените масштаб в окне проекции Front Вид спереди так чтобы вертикальный размер видимой части сетки составлял примерно 55-60 см. Для удобства разверните окно проекции во весь экран. В окнах проекции появится зеркальная копия сплайна выделенная красным цветом. Установка уровня визуализации окна проекции кнопка F9 Сложные сцены зачастую отображаются и визуализируются очень долго.
50612. Создание объектов с помощью лофтинга 3.14 MB
  Выберите команду Grid nd Settings Настройка сетки и привязок меню Customize Настройка и щелкните на корешке вкладки Home Grid Исходная сетка окно диалога Grid nd Snp Settings Настройка сетки и привязок. Щелкните на кнопке Geometry Геометрия командной панели Crete Создать и выберите в раскрывающемся списке разновидностей объектов вариант Compound Objects Составные объекты В свитке Object Type Тип объекта появятся девять кнопок соответствующих типам основных объектов. Щелкните по ней. В свитке Cretion Method Метод...
50613. Создаем окно и дверь для кафе «МАХ» в виде полисеток 256.5 KB
  Теперь когда вы получили опыт работы с полисетками изготовление двери не должно вызвать затруднений. В данном случае длина соответствует высоте полотна будущей двери а высота его толщине. Рисунок Заготовка для двери с двумя сегментами по высоте будущего полотна Давайте сформируем для начала рамку полотна двери создав на нем две филенки то есть вставки которые могут быть и стеклянными сверху и снизу. Полигоны ограничивающие полотно двери по бокам не должны быть выделены.