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

66510. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29.59 KB
  Какие инструментальные методы применяют в акушерстве Из наиболее применяемых методов следует указать: наружную кардиотокографию КТГ кардиография механогис терография актография; ультразвуковое сканирование; допплерографию определение скорости кровотока...
66511. Проектирование баз данных Access 1.36 MB
  Перед созданием реляционной базы данных Access пользователь должен определить, из каких таблиц должна состоять база данных, какие данные автоматизируемой предметной области нужно поместить в каждую таблицу, как связать таблицы.
66512. Логические элементы в Workbench 149.78 KB
  Нарисуем моделируемую схему в программе ElectronicsWorkbench После запуска схемы в логическом анализаторе получили следующее Составим таблицы истинности по 4 значения из логического анализатораи по ним определим название логических элементов...
66513. ДИНАМІЧНІ МАСИВИ 96.5 KB
  Визначити добуток позитивних елементів кожного стовпця матриці А її розмір вводити з клавіатури а елементи розмістити в памяті динамічно. Визначити добуток елементів парних стовпців матриці її розмір вводити з клавіатури а елементи розмістити в памяті динамічно.
66514. Разработка и отладка алгоритмов и программ обработки массивов 784.5 KB
  Дан массив целых чисел А[30]. Заменить все нулевые элементы минимальным. В упорядоченном по невозрастанию массиве чисел определить, есть ли заданное число Z, в противном случае подсчитать количество чисел, небольших Z; кроме того определить, сколько отрицательных чисел в массиве.
66515. Разработка и отладка алгоритмов и программ с применением пользовательских функций 126 KB
  Цель работы: Получить практические навыки в разработке алгоритмов и написании программ на языке С с применением пользовательских функций. Оборудование: IBM – совместимый компьютер, система программирования BC3.1, MVC++ 6.00.
66516. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ФАЙЛОВЫМИ СИСТЕМАМИ UNIX/WINDOWS 89.96 KB
  Цель работы — изучение основных файловых операций в ОС UNIX и Windows, работы механизмов перенаправления ввода/вывода, конвейера, механизма управления устройствами ввода-вывода UNIX при помощи специальных файлов устройств, а также с организацией прямого доступа к диску в ОС Windows.
66517. Регенерація картриджів принтерів 108 KB
  Для успішного самостійного заправлення картриджа лазерного принтера немає необхідності в детальному вивченні конструктивних особливостей кожного конкретного типу картриджа. Звідси випливає що якщо ви освоїте заправлення одного типу картриджа зрозумієте принцип його функціонування то картриджі...
66518. Освоение технологии структурного программирования при разработке и создании программы на языке Турбо Паскаль для циклического вычислительного процесса с известным числом повторений 225 KB
  Если число повторений известно заранее до начала повторений то в этом случае всегда используется оператор цикла с параметром for. Такой оператор предусматривает изменение управляющей переменной параметра цикла по правилу прогрессии с шагом 1 и повторное выполнение некоторого...