Виды переходных процессов в АСР

Переходной процесс —это изменение регулируемого параметра во времени в процессе автоматического регулирования, то есть когда на систему оказано возмущающее воздействие и регулятор приводит параметр к заданному значению.

В зависимости от динамических характеристик объекта и установленных параметрах настройки регулятора возможны различные виды переходных процессов. АСР находится на грани устойчивости. Рассмотрены параметры переходного колебательного процесса

В устойчивых АСР возможны виды переходных процессов:

(а)- апериодический сходящийся процесс, имеет одну амплитуду колебания

(б)- затухающий колебательный процесс

(в)- колебательный процесс с постоянной амплитудой колебания.

АСР находится на грани устойчивости.

Неустойчивая АСР и их переходные процессы.

(г)- апериодический расходящийся

(д)- колебательный расходящийся

Параметры колебательного переходного процесса:

tр – время переходного процесса или время регулирования – это интервал времени от начала воздействия до момента достижения параметром стабильного значения.

∆ G₁ – максимальное динамическое отклонение или динамическая ошибка регулирования – это есть максимальное отклонение регулируемого параметра от заданного значения.

∆ G_СТ – статическая ошибка регулирования – это остаточное отклонение параметра от G_ЗД в установившемся режиме, когда процесс регулирования закончен.

∆ G_СТ дают П- и ПД-регуляторы.

Величина перерегулирования: .

Наиболее приемлемым является процесс с 20% перерегулированием. Желаемый вид переходного процесса достигают путем установки соответствующей настройки регулятора: D, Т_i и Т_Д.

Автоматические регуляторы

Пневматические регуляторы

Широко используются на химическом производстве.

Достоинства:

1. Абсолютно пожаро-взрывобезопасносны;

2. Простота конструкций;

3. Низкая стоимость;

4. Достаточная надежность работы в тяжелых производственных условиях;

5. Возможность организации на их основе сложных АСР.

Недостатки:

1. Низкое быстродействие;

2. Сравнительно небольшие расстояния для передачи пневматических сигналов (до 300 м);

3. Требуется специальное питание сжатым воздухом. Сжатый воздух должен быть тщательно очищен и осушен с давлением 1, 4 кгс/см² или 140 кПа ± 10%.

Элементная база пневмоавтоматики основывается на элементах УСЭППА – (универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики).

Из стандартных элементов собирают различные устройства пневмоавтоматики, в том числе функциональные блоки, регуляторы, вычислительные устройства и измерительные преобразователи.

Рассмотрим основные элементы УСЭППА:

1. Постоянный дроссель;

2. Регулируемый дроссель;

3. Пневматическая емкость;

4. Дроссельный сумматор.

; ; .

Элементы сравнения

Предназначены для сравнения двух или четырех входных сигналов и формируют на выходе дискретные сигналы 0 или 1.

А, Б, В, Г- камеры образованные мембранами с жестким центром; Р₁, Р₂ - входные давления воздуха; Р_ВЫХ – выходной сигнал.

Трехмембранный элемент сравнения на два входа состоит из четырех камер, ограниченных секциями корпуса и блоком трех мембран, связанных между собой штоком и закрепленных по периметру. Площадь средней мембраны превышает крайних. Жесткие центры крайних мембран, служат заслонками сопл в камерах А и Г. Камеры А и Г сообщены между собой. Воздух питания через верхнее сопло поступает в камеру Г. Через нижнее сопло камера А сообщается с атмосферой. Давление в камерах А и Г – выходной сигнал элемента сравнения Р_ВЫХ. Входные сигналы Р₁ и Р₂ подаются в камеры В и Б.

Блок сравнения находится под воздействием сил, развиваемых давлениями в камерах элемента сравнения. Мембраны обладают малой жесткостью и поэтому даже при рассогласовании входных давлений, равном 150 – 200 Па, суммарное усилие достаточно для перемещения блока мембран в одно из крайних положений.

При Р₁ Р₂, то есть давление в камере В больше чем в камере Б, результирующая сила будет направлена вниз, и мембранный блок опустится. Сопло в камере А при этом закроется и перекроет линию выхода воздуха в атмосферу, а сопло в камере Г откроется, и воздух питания, поступая в камеры А и Г, сформирует на выходе элемента сравнения сигнал 1.

При Р1< Р2, мембранный блок смещается вверх, сопло в камере Г закроется, и прекратится подача воздуха питания, а сопло в камере А откроется, и линия выхода элемента сравнения сообщится с атмосферой. При этом сигнал на выходе станет равным 0. Таким образом, трехмембранный элемент сравнения представляет собой пневматическое реле, обрабатывающее зависимость:

}

Пятимембранный элемент сравнения имеет четыре входа. Состоит из шести камер, разделенных пятью мембранами, связанными в блок. Входные сигналы поводятся в камеры Б, В, Г и Д. Выходной сигнал отводится из камер А и Е. В остальном конструкция и работа аналогичны трехмембранному элементу сравнения. Он представляет собой пневматическое реле и обеспечивает выполнение операции

}

Пятимембранный элемент сравнения (сумматор). В пневматических приборах элементы сравнения часто используют в качестве мембранного сумматора для алгебраического суммирования непрерывных выходных сигналов.

Для этого выходной сигнал Р_ВЫХ направляют в камеру Б, камеру отрицательной обратной связи. Элемент приходит в равновесие, когда усилия, развиваемые входными давлениями, уравновешиваются усилием, создаваемым Р_ВЫХ = Р_Б и расходы воздуха в камерах Б, В, Г и Д одинаковы, то при равновесии справедливо равенство

Р_ВЫХ = Р₁ – Р₂ – Р₃.

Следовательно, при такой коммутации элемент сравнения выполняет функцию сумматора, который складывает два сигнала со знаком «плюс» и один со знаком «минус». Р₁, Р₂, Р₃ изменяются в пределах от 0, 2÷ 1кгс/см².

Пневматические позиционные регуляторы

1-ручной задатчик; 2-постоянный дроссель; 3-манометр для показания заданного давления; 4-переключатель; 5-трехмембранный элемент сравнения; 6-пневматический усилитель.

Р_ЗД - заданное давление, устанавливается с помощью рукоятки на задатчике. Р_ЗД подается в камеру В, а Р_ВХ - измеренное давление, пропорциональное регулируемому параметру, подается в камеру Б.

1) Если Р_ВХ < Р_ЗД, Р_ВЫХ = 1, (100 кПа÷ 140 кПа)

2) Если Р_ВХ > Р_ЗД, Р_ВЫХ = 0

Этот регулятор отрабатывает двухпозиционный закон регулирования без зоны чувствительности. Регулирующий клапан может занимать 2 фиксированных положения «открыто», «закрыто».

Электронные автоматические регуляторы

Достоинства:

1. Удобный вид питания;

2. Высокое быстродействие электронных регуляторов;

3. Передача управляющих воздействий осуществляется на большие расстояния.

Недостатки:

1. Пожаро-взрывоопасность электрических устройств;

2. Конструктивно сложнее, чем пневматические регуляторы и дороже.

Электронные регуляторы выполняются в виде отдельных блоков, которые используются для монтажа локальных автоматических систем регулирования. Электронные регуляторы используют стандартные электрические сигналы (входные и выходные). Аналоговые сигналы: постоянного тока (0÷ 5мА; 4÷ 20мА); напряжение постоянного тока (0÷ 10мВ; 0÷ 100мВ; 0÷ 10В). Дискретные сигналы. Логический ноль при 0÷ 3В, логическая единица при 18÷ 30В (обычно постоянное напряжение 24 В).

В настоящее время блочные электронные регуляторы вытесняются микропроцессорными контроллерами, они более удобны в эксплуатации. Один микропроцессорный контроллер может заменить до 100 локальных регуляторов.

Программируемые микропроцессорные контроллеры

Они предназначены для создания автоматических систем непрерывного и дискретного действия. Системы управления, построенные на микропроцессорной технике, реализуются путем программирования. В настоящее время промышленность выпускает следующие виды микропроцессорной техники:

-РЕМИКОНТ – регулирующий микропроцессорный контроллер;

-ЛОМИКОНТ – логический микропроцессорный контроллер;

-ДИМИКОНТ – дисплейный микропроцессорный контроллер (используется в комплекте с РЕМИКОНТом или с ЛОМИКОНТом для удобства управления и обслуживания);

-УНИКОНТ – универсальный микропроцессорный контроллер.

Описание структуры РЕМИКОНТа

В библиотеке алгоритмов обычно расположено 25 алгоритмов и больше. В любой алгоритмический блок может быть помещен любой алгоритм из библиотеки. Для реализации АСР может быть задействован один или несколько алгоритмических блоков. В простейшем случае для реализации ПИ или ПИД закона регулирования достаточно одного алгоритмического блока, если каналы работают автономно, т.е. независимо друг от друга, РЕМИКОНТ выполняет функцию многоканального регулятора.

Алгоритмические блоки соединены соответствующими входами и выходами, это выполняется в процессе программирования. Блок имеет задатчик – для установки задания регулятору, переключатель режимов работы (ручной, автоматический, каскадный), также имеется орган ручного управления.

РЕМИКОНТ представляет собой компьютерное устройство, которое обрабатывает информацию в цифровом виде.

Его основные элементы:

- вычислительный микропроцессор.

- устройства связи с объектом управления.

- устройства связи с оператором.

Вычислительный микропроцессор состоит из процессора, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) и ОЗУ (оперативное запоминающее устройство).

В ПЗУ записана библиотека алгоритмов и другие программы, к ОЗУ имеет доступ оператор.