Импульсные регуляторы с исполнительными механизмами постоянной скорости

Релейные (позиционные) регуляторы имеют нелинейную характеристику. ИМ постоянной скорости (т.е. с постоянной скоростью вращения выходного вала S) в комплекте с его пусковым устройством имеет статическую характеристику следующего вида

Б ез учета времени разгона и торможения характеристика записывается как dl/dt = f(Z),

где l – перемещение РО;

Z – сигнал на входе пускового устройства;

Δ_нч – зона нечувствительности.

Это обусловлено тем, что в качестве пусковых устройств, как правило, используются релейные электромагнитные аппараты (магнитные пускатели, электромагнитные реле и т.п.).

С татическая характеристика ИМ постоянной скорости является существенно нелинейной. Однако такой ИМ может иметь достаточно близкие к линейным характеристики при релейно-импульсном изменении входного сигнала. Подадим на его вход подавать импульсы входного сигнала Z_н (напряжения) с периодом следования Т и скважностью

γ = Δt_имп/Т, (1)

где Т = Δt_имп + Δt_пауз – период следования им-

пульсов;

Δt_имп – длительность импульсов;

Δt_пауз – длительность пауз.

Во время поступления импульса ИМ будет перемещать РО с постоянной скоростью dl/dt=S=tgα.

Во время пауз ИМ будет неподвижен. Тогда средняя скорость перемещения РО

dl/dt = tgβ = Δt_импS/Т

или с учетом (1) dl/dt= γS.

Преобразовав по Лапласу, получим W_ИМ(p) = L(p)/Г(р) = S/р.

Т.о., по каналу «скважность следования импульсов – усредненное перемещение РО» ИМ постоянной скорости можно представить интегрирующим звеном. Из рисунка видно, что при неизменной скважности чем меньше Δt_имп и Δt_пауз (а, следовательно Т) тем точнее будет реализация интегрального закона (пилообразная кривая будет ближе к прямой, изображающей среднюю скорость перемещения РО). Однако при этом повышается частота включения ИМ а, следовательно, его износ.

Если ИМ с пусковым устройством охватить отрицательной ОС в виде усилительного звена с передаточной функцией W_ОС(p) = k_ос

то при релейно-импульсном регуляторе c ИМ постоянной скорости можно реализовать закон П-регулирования.

При поступлении на вход регулятора рассогласования | ε | > Δ_нч/2 включается и перемещает РО в сторону ликвидации рассогласования. Перемещение РО через канал ОС пердается в виде сигнала ξ, который уменьшает результирующий сигнал σ,

воздействующий на релейный элемент. При | σ | < Δ_нч/2 ИМ отключится.

Т.к. сигнал ОС ξ = k_ос l , то в установившемся состоянии σ = ε – k_ос l < Δ_нч/2. Ввиду того, что Δ_нч регулятора имеет малое значение это выражение можно записать как ε = k_ос l = 0. Откуда W_Р(p) = L(p)/Е(р) = 1/ k_ос .

Т.о. такая схема приближенно реализует П-закон регулирования с коэффициентом передачи k_Р =1/ k_ос .

П ереходная характеристика при поступлении на вход единичного ступенчатого воздействия (сигнала ε(t)=1) здесь будет выглядеть следующим образом

C помощью импульсного регулирования можно реализовать закон ПИ-регулирования по следующей структурной схеме:

В этом случае релейный усилитель при включении ИМ охватывается отрицательной ОС в виде апериодического звена первого порядка с передаточной функцией

W_ОС(p) = k/(1 + Тр).

В качестве обратной связи в большинстве современных регуляторов используются RC-цепи.