Типовые системы автоматизации. Системотехничекие принципы создания средств автоматизации. Регулирующие устройства

Трёхпозиционный регулятор имеет три дискретных значения выходной величины  В,0,-В (максимум, норма, ми­нимум). Его закон регулирования описывают уравнениями;

При трёхпозиционном регулировании за счёт включе­ния третьей ступени подачи энергии (вещества) в объект  В = норма (при Х=0) процесс регулирования несколько улучшается: амплитуда колебаний уменьшается, а период коле­баний увеличивается.

Если позиционное контактное устройство работает в комплекте с исполнительным механизмом, у которого ско­рость перемещения постоянна, то такие регуляторы обеспе­чивают позиционное регулирование по закону, описы­ваемому уравнением

,

где Т_и.м - время перемещения регулирующего органа из од­ного крайнего положения в другое, с.

Рисунок 5 - Характеристики Р_с –регулятора: а - статическая;  б - переходная

Процесс регулирования по такому закону представлен на рисунке 5. При таком регулировании на объектах с большим самовыравниванием в системе наблюдается затухание колеба­ний. Преимущество позицион­ных регуляторов заключается в простоте и очень быстром при­ведении регулируемого парамет­ра до установившихся колеба­ний. Наличие колебаний - значи­тельный недостаток такого регулирования. Поэтому такой спо­соб регулирования применяют на технологических процессах, где допускаются значительные колебания регулируемого параметра.

Регуляторы, формирующие пропорциональный закон, называются пропорциональными или астатическими. У них ли­нейная зависимость между регулирующим воздействием и регулируемым параметром:                          

y=k_px,

 где k_p - коэффициент пропорциональности регулятора.

Характеристики   этого   регулятора   изображены на рисунке 6. Временная характеристика (кривая разгона) показана на рисунке 6a. Его передаточная функция определяется формулой: W(p)=k_p.

Амплитудно-фазовая характе­ристика (АФХ) пропорционального регулятора рисунке 6б имеет вид:

W(jω)=W(ω)e^jw  ,

где W(w)=k_p;   j(w)=0.

Рисунок 6 -  Характеристики пропорционального регулятора

У такого регулятора при всех частотах угол сдвига фаз между  сигналом на его входе и сигналом на выходе отсутствует. Это значит, что при отклонении регулируемой величины от заданного значения ре­гулирующий орган одновременно с пропорциональной скоростью воздействует на объект регулирования. В этом случае каждому положению регулирующего органа соответствует только одно значение параметра. Поэтому процесс регулирования П–регулятором характеризуется наличием статической ошиб­ки вследствие жёсткой (неизменной во времени) связи между входом и выходом регулятора. Это хорошо видно на примере поплавкового регулятора уровня (рисунок 7). В состоянии рав­новесия системы, когда приход жидкости V₁ в емкость равен ее расходу V₂  уровень жидкости соответствует значению H₁. При нарушении равенства между приходом и расходом жидкости (допустим, расход увеличился до значения V'₂) уровень падает, поплавок 1 перемещается вниз, и через рычажную систему 2 воздействует на регулирующий орган 3, увеличивая приток жидкости в ёмкость. Падение уровня происходит до тех пор, пока приток V'₁ не станет равен рас­ходу V'₂. При этом система приходит в состояние равнове­сия, но уже при новом значении уровень Н₂. Разность уровней Н₂ минус H₁ и есть статическая ошибка регулятора. При слишком большом значении коэффициента пропорциональ­ности регулятора (k_p) статическая ошибка мала, но переход­ной процесс протекает в виде медленно затухающих колеба­ний, приближаясь по характеру к двухпозиционному регули­рованию (рисунок 8, кривая 1).

             Рисунок 7 -  Поплавковый