Методические указания по подготовке к лабораторной работе по изучению устройства и принципа действия системы автоматического регулирования с регулятором Р25, страница 2

22.  Назначение основных элементов стенда.

23.  Структурная схема и принцип действия регулятора.

24.  Почему регулятор типа Р25 называют релейно-импульоным регу­лятором и при каких условиях его характеристика приближается к харак­теристике ПИ-регулятора непрерывного действия?

25.  Как получается П-закон при применении регулятора Р25?

26.  Что такое органы динамической настройки регулятора и как их можно проградуировать по переходным характеристикам?

27.  Как устроен электрический исполнительный механизм? Его ха­рактеристики, уравнение.

28.  Как передается управляющий сигнал от регулятора к исполни­тельному механизму?

1.3. Вэаимодейотвие регулирущего блека с исполнительным механизмом

Динамические свойства релейно-импульсного регулятора определя­ются двумя основными узлами - регулирующим блоком РБ и исполнительным механизмом (ИМ) постоянной скорости (рис. I).

Рис. I

Исполнительна механизм выполнен на базе асинхронного электродви­гателя с редуктором и включается в работу с помощью пускового устройст­ва (ПУ). Особенностью исполнительного механизма постоянной скорости является то, что он рассчитан на определенное напряжение питания и не может управляться за счет его изменения. При появлении достаточно мощ­ного управляющего сигнала пусковое устройство подает питающее напряжение на электродвигатель исполнительного механизма. Последний производит перемещение регулирующего органа   с постоянной ско­ростью   _; не зависящей от значения управляющего сигнала . таким образом, по каналу   рассматриваемый исполнительный механизм - нелинейное динамичеокое звено.

Регулирующее воздействие     в соответствии с заданным законом регулирования (например, ПИ) получается с помощью импульсного способа управления исполнительным механизмом. При этом его работа ха­рактеризуется чередованием кратковременных включений (импульсов) длительностью    и отключений (пауз) длительностью

При каждом включении исполнительного механизма регулирующий орган перемещается на величину _,  а во время пауз положение регулирующего органа остается неизменным . Благодаря фильтрующим свойствам технологических объектов прерывистое перемеще­ние регулирующего органа воспринимаетя как плавное, происходящее с некоторой усредненной скоростью  , называемой скоростью регулирования [I]. Среднее значение скорости регулирования характеризуется отношением перемещения регулирующего органа в течение одного импуль­са   к периоду следования импульсов :

где    - скважность управляющих импульсов.

Таким образом, средняя скорость регулирования пропорциональна скважности   управляющих импульсов   (рис. 2).

Перемещение регулирующего органа    при этом связано с изменением скважности  по интегральному закону

т.е. по каналу исполнительный механизм является линейным

интегрирующим звеном с передаточной функцией

Рис. 2

Изменяя скважность    управляющих импульсов  2   в зависимости от сигнала рассогласования', можно получить необходимое регулирующее воздействие

1.4. Формирование ПИ-закона регулирования

В качестве основного закона регулирования в релейно-импульсных регуляторах с исполнительным механизмом постоянной скорости формиру­ется ПИ-закон. Управляющие импульсы  формируются в регулирующем блоке, при этом их скважность зависит от сигнала рассогласования

 в соответствиис передаточной функцией ГЩ-звена

где - передаточная функция пропорционально-интегрального

регулятора;

обеспечивающего закон регулирования:

Структурная схема регулирующего блока, формирующего необходимую последовательность импульсов Z(f), изображена на рис. 3:

Рис. З

Она содержит сумматор , трехпозиционный релейный элемент РЭ (контактный или бесконтактный) с зоной нечувствительности и зо­ной возврата (рис. 4) и формирующую обратную связь (ФОС) в виде апериодического эвена с характеристикой (рис. 5). В современных релейно-импульсных регуляторах ФОС имеет разделенные цепи заряда и раз­ряда, характеризуемые постоянными времени заряда и разряда :

где

т.е. ФОС нелинейна. Как будет показано далее, такое разделение цепей заряда и разряда в ФОС приводит к обеспечению независимости органов настройки параметров   и   в ПИ-регуляторе.

При подаче на вход регулирующего блока ступенчатого входного сигнала    переходная характеристика регулятора имеет вид, показанный на рис. 6, В начальный момент времени после подачи вход­ного сигнала срабатывает релейный элемент РЭ и подает ситная    на вход звена обратной связи, вследствие чего начинает возрастать, а сигнал    на входе РЭ-уменьшится.

В момент времени сигнал достигает порога отключения, релейный элемент отключается, сигнал на входе звена обратной связи становится равным кулю, вследствие чего начинает убывать, а вели­чина - возрастать.

перемещать регулирующий орган по ломаной линии (см.рис.6).Эта линия ори

достаточно большой скорости изменения оигнала обратной связиидостаточно малой зоне возврата близка к кривой разгона идеального ПИ-регулятора, описываемой выражением:

1.5. Определение параметров настройки Пи-регулятора

Аппроксимировав переходную характеристику релейно-импудьсного регулятора соответствующей идеалиэироавнной кривой(рис. 6) можно оценить его эквивалентные параметры

 или

где   - время удвоения реакции ПИ-регулятора по сравнению с первоначальным сигналом;  - тангенс угла наклона интегральной составляющей.

Формулы (9) и (10) следуют из уравнения (6).

Для определения связи между ,   и параметрами обратной связи и исполнительного механизма найдем значения и

 i

где — окорость изменения сигнала

обратной свяэк под действиемпри включении релейного элемента

Длительность импульсов и пауз можно выразить следующим образом

 ,

Рис. 4 Рис. 5     

Когда сигнал достигает порога орабатывания РЭ (в момент  ), происходит повторное включение РЭ. Далее процесс характеризу­ется периодическими импульсами (кратковременными включениями релейного элемента) длительностью , чередующимися с паузами (отключениями РЭ) длительностью. Сигнална входе релейного элемента будет изменяться при этом в пределах зо­ны возврата (от до и обратно), а сигнална входе эвена обратной связи - в пределах от       до       и обратно, т.е.   будет практически следоватьза входнымсигналом (с погреш­ностью, определяемой порогами срабатывания и РЭ).