Дифференциальные регуляторы - Автоматические регуляторы

Дифференциальные регуляторы бывают двух видов ПД-пропорционально-дифференциальные и ПИД-пропорционально-интегрально-дифференциальные.

Такие регуляторы целесообразно применять в тех случаях, когда нагрузка объектов регулирования изменяется часто и быстро, а запаздывания велики. Уравнение ПИД-регулятора имеет вид:

.

Здесь S2 - параметр настройки регулятора, учитывающий скорость изменения регулируемой величины по времени.

Передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид:

.

Дифференциальные регуляторы называются Регуляторами с предварением. Сущность предварения (без учета запаздывания) закляючается следующим.

Пусть регулируемый параметр Y изменяется по экспоненте 1 (рис. 7.11,а). Первая производная от параметра (кривая 2) представляет собой тангенс угла наклона к касательной к соответствующей точке экспоненты 1 и имеет максимальное значение в начальный момент, когда параметр только начинает изменяться, а в момент T1, когда изменение прекращается, равно нулю.

Рис. 7.11. Характеристики регулятора с предваринием:

А-переходный процесс (1) и его производная (2); б, в-варианты перемешения регулирующего органа; I-для П регулятора; II-для Д регулятора.

Эффект предварения можно определить так. Если регулируемая величина Y (рис.7.11,б) изменит свое значение на величину А, то выходной сигнал регулятора m, подаваемый на регулирующий орган, будет иметь характер, соответствующий сплошной кривой. Для сравнения пунктиром показано действие П-регулятора. В процессе регулирования в регуляторах с предварением происходит как бы изменение пределов пропорциональности. Причем вначале это отклонение резкое, а затем оно приходит к настроечному значению.

При непрерывном изменении регулируемой величины У, Начиная с момента времени T0 (рис.7.11,в), регулирующий орган П-регулятора будет перемещаться согласно пунктирной прямой I, а у Д-регулятора - согласно сплошной линии II. Регулятор как бы предваряет ожидаемое отклонение параметра. Время предварения tП определяет относительную величину дополнительного сигнала по производной (оно связано с настроечным параметром) и настраивается обычно в пределах от 0,1 до 1 мин.

Действие регулятора с предварением рассматривается на примере регулирования температуры в объекте управления, где в качестве теплоносителя используется горячий газ (рис. 7.12,а).

Рис. 7.12 Принципиальная схема регулятора с предварением (а) и график переходных процессов ПИ и ПИД регуляторов(б):

ОР-объект регулирования; 1-3 - термопара; r - реостат задатчика; ЭУ-усилитель; РД - реверсивный двигатель; РО - регулирующий орган.

Устройство, осуществляющее действие с предварением, состоит из тех термопар 1, 2, 3, которые являются чувствительным элементом регулятора. Термопары 1 и 2 включены последовательно (их термо ЭДС складывыаются), а термопара 3 включена встречно (ее термо ЭДС вычитается из суммы двух первых). Масса горячего спая термопары 3 значительно больше массы спаев каждой из первых двух. В состоянии теплового равновесия все три спая имеют одинаковую температуру и развываю равную ТЭДС. Общая ТЭДС такой батареи будет равна ТЭДС одной из термопар 1 или 2.

Если регулируемая температура T в объекте управления начнет изменяться с определенной скоростью, то ТЭДС первых двух термопар с одинаковой скоростью будут отражать эти изменения, а изменение ТЭДС термопары 3 будет отставать от первой и второй тем больше, чем больше различие масс горячих спаев термопар 1 и 2, с одной стороны, и термопары 3 - с другой, а также, чем больше скорость изменения температуры.

Таким образом, термопара 1 вырабатывает сигнал, пропорциональный самой регулируемой величине (температуре T), а термопары 2 и 3 - сигнал, пропорциональный сорости ее изменения (T).

Результирующая ТЭДС всех трех термопар U сравнивается с падением напряжения UО на сопротивлении R задатчика, которое пропорционально заданному значению регулируемой величины. Термобатарея из трех термапар и источник питания UЗ задатчика вклячены встречно. При нарушении температурного режима в объекте на вход электронного усилителя ЭУ поступает сигнал Du = uО - U, причем в первый момент величина сигнала значительна и реверсивный двигатель РД интенсивно перемещает РО, резко изменяя подачу теплоносителя, а затем, когда сигнал Du, достигнув максимума, начнет уменьшатся, реверсивный двигатель начнет плавно перемещать РО в другую сторону, уменьшая подачу теплоносителья и приводя параметр к заданному значению.

На рис. 7.12,б показан график переходных процессов для ПИ и ПИД законов регулирования.

Похожие статьи




Дифференциальные регуляторы - Автоматические регуляторы

Предыдущая | Следующая