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

24 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

20734. Проективная плоскость и ее модели. Группа проективных преобразований. Приложение к решению задач 29 KB
  Дополним прямую точкой бесконечно удаленной которую будем считать точкой соответствующей прямой х параллельной прямой а. Прямая дополненная бесконечно удаленной точкой называется проективной прямой. Плоскость дополненная бесконечно удаленной прямой называется проективной плоскостью. Пространство дополненное бесконечно удаленной плоскостью называется проективным пространством.
20735. Группа движений. Классификация 115.5 KB
  Классификация Движение такое преобразование плоскости которое сохраняет расстояние между любыми двумя точками. Это определение отличается от определений поворота симметрии и переноса тем что не является конструктивным нельзя определить как выполнять движение. Теорема: каковы бы ни были два прямоугольных декартовых репера и существует движение переводящее так что ориентация сохраняется. Если оба репера ориентированы одинаково то движение не изменяет ориентацию фигур иначе меняет на противоположную.
20736. Трехмерное евклидово пространство. Скалярное, векторное и смешанное произведение векторов. Приложение к решению задач 55.5 KB
  Скалярное векторное и смешанное произведение векторов. Основные отношения сумма векторов скалярное произведение умножение вектора на число. Аксиомы: аксиомы линейных векторов аксиома размерности аксиомы скалярного произведения. Линейное векторное пространство называется евклидовым если каждым двум векторам a и b этого пространства поставлено в соответствие число α называемое скалярным произведением этих векторов.
20737. Система аксиом Вейля трехмерного евклидова пространства и ее непротиворечивость 101 KB
  Геометрия Вопрос №11 Система аксиом Вейля трехмерного евклидова пространства и ее непротиворечивость Пусть трехмерное векторное пространство на полем вещественных чисел а непустое множество элементы которого называются точками. Предполагается также что дано множество отображений каждое из которых является отображением вида . Множество называется трехмерным вещественным евклидовым пространством если выполнены следующие аксиомы. Множество является множеством положительноопределенных билинейных форм таких что если то где .
20738. Линейные отображения (операторы). Матрица линейного оператора. Собственные векторы и собственные значения. Характеристическое уравнение 147 KB
  Матрица линейного оператора. Ядром линейного оператора называется Образом линейного оператора называется Ядро Образ Теорема. Каждый вектор разложим по базису B: Столбцы матрицы линейного оператора представляют собой координатные столбцы образов базисных векторов относительно данного базиса.АBfматрица линейного оператора.
20739. Ранг матрицы 107.5 KB
  Вопрос №11 Ранг матрицы. Столбцевым рангом матрицы называют ранг системы столбцов. Строчечным рангом матрицы называют равный столбцевому для произвольной матрицы. Согласно теореме можно говорить просто о ранге матрицы не уточняя о ранге системы строк или столбцов идет речь.
20741. Решение системы линейных уравнений методом последовательного исключения переменных. Структура множества решений системы линейных уравнений 50.5 KB
  Решение системы линейных уравнений методом последовательного исключения переменных. Структура множества решений системы линейных уравнений Метод Жордана – ГауссаМЖГ. Каждое элементарное преобразование системы является равносильным Докво: 1 – равносильное преобразование. x1xn – решение Каждому элементарному преобразованию СЛАУ соответствует элементарное преобразование строк расширенной матрицы системы.
20742. Кольцо. Примеры колец. Простейшие свойства колец. Подкольцо. Гомоморфизмы и изоморфизмы колец 128 KB
  Подкольцо. Алгебра называется кольцом если: 1 абелева группа. Если ассоциативный группоид полугруппа то ассоциативное кольцо. Если моноид существует то ассоциативное кольцо с единицей.