38. Пропорциональные иу. Интегрирующие иу.

Исполнительные устройства приводятся в действие по сигналам, формируемым управляющими устройствами систем автоматики (по сигналам регуляторов, логических управляющих устройств, контроллеров, компьютеров). В ИУ с механическим выходным сигналом перемещение μ регулирующего органа в зависимости от управляющего сигнала U_у может изменяться по следующим законам.

Пропорциональные ИУ:

μ = k_c U_у, (6.1)

где k_c – передаточный коэффициент замкнутой системы управления движением РО.

Выражение (6.1) показывает, что в пропорциональных ИУ реализуется следящее управление движением регулирующего органа.

Интегрирующие ИУ:

где μ₀ – начальное положение РО; t_у – время действия сигнала управления; ν – скорость движения РО.

При постоянной скорости перемещения РО v = v₀ = const из выражения (6.2) получим пропорциональную зависимость приращения перемещения от времени управления:

39. Двухпозиционные иу. Трехпозиционные иу.

Позиционными, или релейными, называют регуляторы, у которых при изменении входной величины выходная величина может принимать только определенные, заранее известные значения. Эти регуляторы осуществляют ступенчатое управляющее воздействие.

Наибольшее распространение получили двухпозиционные регуля­торы, у которых выходная величина может принимать только два значения: минимальное (0 или –1) и максимальное (1). Примеры двухпозиционных регуляторов: электроконтактный термометр, элект­роконтактный манометр, пневмореле, электронный регулятор-сигнализатор уровня ЭРСУ-2 и др.

Статические характеристики двухпозиционного регулятора с зоной нечувствительности приведены на рис. 4.5. Выраже­ние для характеристики регулятора в абсолютных величинах имеет вид:

где х_Д – сигнал датчика (измеренное значение регулируемого параметра); х_З – заданное значение регулируемого параметра.

Статическая характеристика для Пз-регулятора в относительных величинах может быть записана в виде:

Условия перехода:

а ) снизу вверх:

б) сверху вниз:

При непрерывном произвольном изменении технологического параметра (сигнала х_д) выходной сигнал регулятора У_р изменяется скачкообразно (рис. 4.6). Наличие зоны нечувствительности δ в регуляторе приводит к запаздыванию его переключения относительно моментов срабатывания для идеального регулятора (при δ = 0 изменение выходного сигнала двухпозиционного регулятора показано на рис. 4.6, б пунктиром).

Процесс регулирования в двухпозиционных САР носит колебательный характер. Его параметры (амплитуда и частота колебаний, отклонение оси колебаний регулируемого параметра от его заданного значения, моменты и частота переключений регулятора) определяются как параметрами объекта регулирования, так и параметрами настройки регулятора (шириной зоны нечувствительности δ, величиной амплитуды регулирующего воздействия Урmax/2). Уменьшение δ снижает амплитуду колебаний регулируемой величины, но увеличивает частоту переключений регулятора.

Двухпозиционные регуляторы применяют в тех случаях, когда допускаются отклонения регулируемой величины и колебательный характер ее изменения. В качестве примера двухпозиционного регулирования рассмотрим задачу автоматического поддержания уровня воды в емкости (баке) системы водоснабжения. Принципиальная схема САР уровня приведена на рис. 4.7, а.

Система включает в себя насос Н с электродвигателем М, магнитный пускатель КМ, позиционный регулятор Пз, поплавковый датчик Д, бак с задвижкой З. Изменение потребления воды Q_Н приводит к изменению регулируемого параметра уровня воды в баке h.

При достижении поплавком минимально заданного значения уровня – отметки h = h_min, регулятор формирует сигнал U_p, включающий с помощью магнитного пускателя электродвигатель насоса. Производительность насоса Q_Н должна превышать максимально возможный расход воды, т.е. Q_Н > Q_ПmaxПоэтому при работе насоса уровень воды в баке повышается и при достижении им отметки h = h_max регулятор отключает пускатель и соответственно насос. Процесс регулирования уровня воды в баке для некоторого постоянного значения потребления воды представлен графиком рис. 4.7, б. Характер изменения регулирующего воздействия (производительности насоса) показан на рис. 4.7, в. Величина Q_Н принимает два значения: номинальное при включении насоса Q_Н = Qном и нулевое при его отключении Q_Н = 0.

Рис. 4.5. Статические характеристики двухпозиционного регулятора с зоной нечувствительности: а – в абсолютных величинах; б – в относительных величинах Рис. 4.6. Графики изменения входного (а) и выходного (б) сигналов двухпозиционного регулятора с зоной нечувствительности в абсолютных величинахРис. 4.7. Принципиальная схема (а), графики изменения регулируемой величины (б) и регулирующего воздействия (в) в двухпозиционной САР уровня воды в системе водоснабжения

Трехпозиционные регуляторы формируют выходной сигнал, принимающий три значения: минимальное (–1), промежуточное (0) и максимальное (+1). Они имеют статическую характеристику трехпозиционного реле. Трехпозиционный регулятор (рис. 4.8, а) содержит: а) задатчик ЗД, формирующий минимальное Хзmin и максимальное Хзmax заданные значения регулируемой величины; б) аналого-позиционный преобразователь АПП, сравнивающий сигнал датчика x_Д c заданием и по результатам сравнения формирующий скачкообразно изменяемые сигналы U_Б на увеличение регулируемой величины при Х_Д Хзmin и U_M на ее уменьшение при Х_Д Хзmax (рис. 4.8, б); в) выходные узлы, содержащие каждый усилитель Ус и исполнительный элемент ИЭ (реле или транзистор в режиме ключа), усиливающие по уровню и мощности сигналы АПП.

Рис. 4.8. Трехпозиционный регулятор (а) и характеристика его АПП (б)

Выходные сигналы регулятора Б и М, соответственно, на увеличение и уменьшение регулируемой величины, поступают на исполнительный механизм постоянной скорости системы регулирования. Эти сигналы в зависимости от значения регулируемой величины изменяются аналогично сигналам U_Б и U_М, т.е. регулирующее воздействие изменяется только при выходе регулируемой величины из зоны, ограниченной ее минимальным и максимальным заданными значениями.

В отличие от двухпозиционного регулирования в системе с трехпозиционным регулированием возможно прекращение автоколебательного процесса и достижение равновесного состояния, если соблюдается неравенство , т.е. регулируемая величина находится в пределах зоны нечувствительности регулятора. Пз-регуляторы несложны по конструкции, надежны в работе, просты в обслуживании и настройке. Их применяют на инерционных объектах с малым запаздыванием.