Metódy riadenia v automatizačných systémoch

V automatizačné systémy Používajú sa tri spôsoby kontroly:

1) odchýlkou ​​regulovanej hodnoty,

2) rušením (záťažou),

3) kombinované.

Spôsob regulácie odchýlkou ​​regulovanej veličiny Uvažujme na príklade systému riadenia otáčok jednosmerného motora (obr. 1).

Motor D, ako objekt regulácie, má počas prevádzky rôzne poruchy (zmeny zaťaženia hriadeľa motora, napätia napájacej siete, rýchlosti motora poháňajúceho kotvu generátora D, zmeny okolitého prostredia teplota, čo následne vedie k zmene odporu vinutia, a tým aj prúdov atď.).

Všetky tieto poruchy spôsobia odchýlku otáčok motora D, čo spôsobí zmenu napr. atď. v. tachogenerátor TG. Reostat P je zaradený do obvodu tachogenerátora TG1... Napätie U0 odoberané reostatom P1 je zahrnuté proti napätiu tachogenerátora TG. Výsledkom je rozdiel napätia e = U0 — Utg, ktorý sa privádza cez zosilňovač Y do motora DP, ktorý pohybuje posúvačom reostatu P.Napätiu U0 zodpovedá nastavená hodnota regulovanej veličiny — frekvencia otáčok ωО a napätiu tachogenerátora Utg — aktuálnej hodnote otáčok.

Ryža. 1. Schematické schémy regulácie otáčok jednosmerného motora s uzavretou slučkou: R — reostat, OVG — budiaca cievka generátora, G — generátor, OVD — budiaca cievka motora, D — motor, TG — tachogenerátor, DP — posuvný motor reostatu, U — zosilňovač.

Ak pod vplyvom porúch rozdiel medzi týmito hodnotami (odchýlka) prekročí vopred stanovený limit, potom regulátor dostane referenčnú akciu vo forme zmeny budiaceho prúdu generátora, ktorá túto odchýlku spôsobí. znížiť. Všeobecný vychyľovací systém je znázornený diagramom na obr. 2, a.

Ryža. 2... Schémy metód regulácie: a — odchýlkou, b — poruchou, c — kombinovanou, P — regulátorom, RO — regulačným orgánom, OR — predmetom regulácie, ES — prvkom porovnania, x(T) je nastavenie, Z1 (t) a Z2 (t) — vnútorné regulačné vplyvy, (T) — nastaviteľná hodnota, F(T) je rušivý efekt.

Odchýlkou ​​regulovanej veličiny sa aktivuje regulátor, tento úkon je vždy smerovaný tak, aby sa odchýlka zmenšila. Na získanie rozdielu hodnôt ε(t) = x(t) — y (f) sa do systému zavedie porovnávací prvok ES.

Pôsobenie regulátora pri riadení odchýlok nastáva bez ohľadu na dôvod zmeny regulovanej veličiny. To je nepochybne veľká výhoda tejto metódy.

Metóda riadenia rušenia alebo kompenzácie rušenia je založená na tom, že systém využíva zariadenia, ktoré kompenzujú vplyv zmien v efekte rušenia.

Ryža. 3... Schéma regulácie napätia DC generátora: G — generátor, ОВ1 a ОВ2 — budiace cievky generátora, Rн — záťažový odpor, F1 a F.2 — magnetomotorické sily budiacich cievok, Rsh — odpor.

Ako príklad uvažujme činnosť generátora jednosmerného prúdu (obr. 3). Generátor má dve budiace vinutia: OB1 zapojené paralelne s obvodom kotvy a OB2 spojené s odporom Ri... Budiace vinutia sú zapojené tak, že ich ppm. F1 a F.2 pridávajú. Napätie na svorke generátora bude závisieť od celkového počtu ppm. F = F1 + F2.

Keď sa záťažový prúd Az zvyšuje (záťažový odpor Rn klesá), napätie generátora UG by sa malo znížiť v dôsledku zvýšenia poklesu napätia na kotve generátora, ale nestane sa to, pretože ppm. Budiaca cievka F2 OB2 sa zvyšuje, pretože je úmerná zaťažovaciemu prúdu Az.

To povedie k zvýšeniu celkového ppm, a teda k vyrovnaniu napätia generátora. Toto kompenzuje pokles napätia pri zmene záťažového prúdu - hlavné rušenie generátora. Odpor RNS v tomto prípade ide o zariadenie, ktoré umožňuje merať rušenie — záťaž.

Vo všeobecnom prípade je schéma systému fungujúceho metódou kompenzácie rušenia znázornená na obr. 2, b.

Úzkostné vplyvy môžu byť spôsobené rôznymi dôvodmi, takže ich môže byť viac.To komplikuje analýzu činnosti automatického riadiaceho systému. Zvyčajne sa obmedzuje na sledovanie porúch spôsobených hlavnou príčinou, ako sú zmeny zaťaženia. V tomto prípade sa regulácia nazýva regulácia záťaže.

Kombinovaná metóda regulácie (pozri obr. 2, c) kombinuje dve predchádzajúce metódy: odchýlkou ​​a rozhorčením. Používa sa pri výstavbe zložitých automatizačných systémov, kde je potrebná kvalitná regulácia.

Ako vyplýva z obr. 2, v každom spôsobe nastavenia sa každý automatický nastavovací systém skladá z nastaviteľných (nastavovací objekt) a nastavovacích (regulátor) častí. Vo všetkých prípadoch musí mať regulátor citlivý prvok, ktorý meria odchýlku regulovanej veličiny od predpísanej hodnoty, ako aj regulačný orgán, ktorý zabezpečí obnovenie nastavenej hodnoty regulovanej veličiny po jej odchýlke.

Ak v systéme regulátor prijíma účinok priamo zo snímacieho prvku a je ním ovládaný, potom sa takýto riadiaci systém nazýva priamy riadiaci systém a regulátor sa nazýva priamočinný regulátor.

Pri priamočinných regulátoroch musí snímací prvok vyvinúť dostatočný výkon na zmenu polohy regulačného orgánu. Táto okolnosť obmedzuje oblasť použitia priamej regulácie, pretože má tendenciu zmenšovať citlivý prvok, čo zase spôsobuje ťažkosti pri dosahovaní úsilia dostatočného na presun regulačného orgánu.

Výkonové zosilňovače slúžia na zvýšenie citlivosti meracieho prvku a získanie dostatočného výkonu na pohyb regulačného telesa. Regulátor pracujúci s výkonovým zosilňovačom sa nazýva nepriamy regulátor a systém ako celok sa nazýva nepriamy regulačný systém.

V nepriamych riadiacich systémoch sa používajú pomocné mechanizmy na pohyb regulačného orgánu pôsobiaceho z vonkajšieho zdroja energie alebo v dôsledku energie riadeného objektu. V tomto prípade citlivý prvok pôsobí iba na ovládací prvok pomocného mechanizmu.

Klasifikácia metód riadenia automatizácie podľa typu riadiacich akcií

Riadiaci signál je generovaný riadiacim systémom na základe referenčnej veličiny a signálu zo snímača, ktorý meria skutočnú hodnotu regulovanej veličiny. Prijatý riadiaci signál sa privádza do regulátora, ktorý ho premení na riadiacu činnosť pohonu.

Akčný člen núti regulačný orgán objektu zaujať takú polohu, aby regulovaná hodnota smerovala k nastavenej hodnote. Počas prevádzky systému je priebežne meraná aktuálna hodnota regulovanej veličiny, preto bude aj riadiaci signál generovaný nepretržite.

Regulačná činnosť pohonu však môže byť v závislosti od zariadenia regulátora nepretržitá alebo prerušovaná. Na obr. 4 je znázornená krivka odchýlky Δu regulovanej hodnoty y v čase od nastavenej hodnoty y0, pričom súčasne v spodnej časti obrázku je znázornené, ako sa musí regulačná činnosť Z plynule meniť.Je lineárne závislý od riadiaceho signálu a vo fáze sa s ním zhoduje.

Ryža. 4. Diagramy hlavných typov regulačných vplyvov: a — spojité, b, c — periodické, d — reléové.

Regulátory, ktoré takýto efekt vyvolávajú, sa nazývajú kontinuálne regulátory a samotná regulácia je kontinuálna regulácia... Regulátory postavené na tomto princípe fungujú len vtedy, keď dôjde k regulačnej akcii, teda kým nedôjde k odchýlke medzi skutočným a predpísaným hodnota regulovanej veličiny.

Ak sa počas prevádzky automatizačného systému v určitých intervaloch preruší riadiaca činnosť s nepretržitým riadiacim signálom alebo sa dodáva vo forme samostatných impulzov, potom sa regulátory pracujúce na tomto princípe nazývajú periodické regulátory (krokové alebo impulzné). V zásade existujú dva možné spôsoby vytvorenia periodickej kontroly.

Na obr. 4, b a c znázorňujú grafy prerušovaného regulačného pôsobenia s plynulou odchýlkou ​​Δ od regulovanej hodnoty.

V prvom prípade je činnosť riadenia reprezentovaná samostatnými impulzmi s rovnakou dobou trvania Δt, ktoré nasledujú v rovnakých časových intervaloch T1 = t2 = t, v tomto prípade je veľkosť impulzov Z = e(t) úmerná hodnote riadiaci signál v momente vzniku riadiacej akcie.

V druhom prípade majú všetky impulzy rovnakú hodnotu Z = e(t) a nasledujú v pravidelných intervaloch T1 = t2 = t, ale majú rôzne trvanie ΔT. V tomto prípade trvanie impulzov závisí od hodnoty riadiaceho signálu v čase vytvorenia riadiacej akcie.Regulačné opatrenie z regulátora sa prenáša na regulačný orgán s príslušnými diskontinuitami, v dôsledku čoho aj regulačný orgán mení svoje postavenie s diskontinuitami.

V praxi sú tiež široko používané reléové riadiace systémy... Uvažujme o princípe fungovania reléového riadenia na príklade činnosti regulátora s dvojpolohovým ovládaním (obr. 4, d).

Regulátory on-off regulácie zahŕňajú tie regulátory, ktoré majú len dve stabilné polohy: jednu — keď odchýlka regulovanej hodnoty prekročí nastavenú kladnú hranicu + Δy, a druhú — keď odchýlka zmení znamienko a dosiahne zápornú hranicu –Δy.

Účinok nastavenia v oboch polohách je rovnaký v absolútnej hodnote, ale odlišný v znamienkach a tento úkon cez regulátor spôsobuje prudký pohyb regulátora takým spôsobom, že absolútna hodnota výchylky vždy klesá. Ak hodnota odchýlky Δу dosiahne prípustnú kladnú hodnotu + Δу (bod 1), relé zopne a cez regulátor a regulačný orgán pôsobí na objekt v opačnom znamienku, ale zhodná riadiaca akcia -Z. veľkosť na kladnú hodnotu regulačnej akcie + Z. Odchýlka regulovanej hodnoty sa po určitom čase zníži.

Po dosiahnutí bodu 2 sa odchýlka Δy rovná dovolenej zápornej hodnote -Δy, relé bude pracovať a činnosť ovládania Z zmení znamienko na opačné atď. Reléové regulátory sú oproti iným regulátorom konštrukčne jednoduché, relatívne lacné a sú široko používané v tých zariadeniach, kde nie je potrebná vysoká citlivosť na rušivé vplyvy.