Законы регулирования и требования к ИУ

Лекция 2

Выбор исполнительных устройств. Пневматические исполнительные устройства

План

2.1. Законы регулирования и требования к ИУ.. 1

2.2. Выбор ИУ по экономической оценке. 3

2.3. Выбор вида энергии для ИУ.. 4

2.4. Классификация ИМ.. 5

2.5. Применение ИМ.. 6

2.6. Пневматические исполнительные устройства. 7

2.7. Классификация пневмодвигателей.. 8

2.8. Достоинства и недостатки пневмопривода. 8

2.9. Источники питания. 8

2.10. Пневматические поршневые цилиндры (ИМ) 9

Законы регулирования и требования к ИУ

Под законом регулирования понимают математическое выражение функциональной связи между входным сигналом и выходным сигналом регулятора.

Коэффициент передачи – отношение выходной величины к входной.

Зависимость может быть линейной или не линейной. Исполнительное устройство должно иметь линейную характеристику (или при помощи функциональных блоков ее линеаризуют).

Коэффициент передачи системы К_с

К_с = К_о К_р

К_о - объекта, К_р - регулятора.

К_р = К₁…К_n К_иу

К₁…К_n - всех блоков, К_иу - исполнительного устройства.

К_иу = К_и К_с К_ро

К_и, К_с, К_ро - исполнительного органа, связи, регулирующего органа.

Коэффициент передачи исполнительного устройства участвует в формировании наклона статической характеристики регулятора, поэтому соответствующим выбором К_и, К_с, К_ро может быть достигнуто необходимое качество регулирования.

Общая постоянная времени определяется как сумма всех звеньев, в том числе и ИУ. Если Т_иу < < Т_i , то ей пренебрегают.

В самом ИУ блоки могут иметь различные постоянные времени, малыми значениями которых пренебрегают.

Рассмотрим законы регулирования (5) с точки зрения выбора ИУ.

Релейный закон - Р_з

Реализация зависит от структуры регулятора: регулирование может быть позиционным, с постоянной скоростью и т.д. При позиционном законе РО занимает только два крайних положения. При регулировании с постоянной скоростью перемещение РО определяется знаком сигнала и не зависит от его величины.

2. Пропорциональный закон П (статический) – перемещение РО пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения.

m = К_р Dd.

3.Интегральный закон И (астатический) – перемещение регулирующего органа пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины от заданного значения во времени.

m = -Кр/t_i ò Dd dt

4. Пропорционально-интегральный закон ПИ (изодромный) – перемещение РО пропорционально сумме отклонений регулируемой величины по времени

m = -К_р (Dd + 1/t_i ò Dd dt)

5. Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон ПИД, при котором РО перемещается пропорционально отклонению, интегралу отклонения по времени и скорости изменения регулируемой величины

m = -Кр (Dd + 1/t_i ò Dd dt + t_пр dDd/Dd)

m - регулирующее воздействие,
К_р - коэффициент передачи регулятора,
Dd - отклонение регулируемой величины,
t_i - время изодрома,
t - интервал времени, в течение которого идет изменение регулируемой величины,

t_пр - время предварения.

Согласно Рз качество позиционной системы зависит от времени перемещения РО из одного крайнего положения в другое, т.е. от быстродействия ИУ. Качественное регулирование по Рз достигается, когда

0 < t¤T0 < 0, 2,

где t (t = t0 + t_п),

T₀ –постоянная времени объекта,

t₀ - (передаточное, транспортное запаздывание) – интервал времени с момента начала перемещения затвора регулирующего органа до момента изменения регулируемой величины,

t_п - переходное запаздывание – интервал времени для Р_з с момента изменения знака сигнала на ИМ до начала перемещения затвора.

Значения Т_о являются постоянными для конкретного объекта и не могут быть изменены за счет подбора регулятора.

Переходное запаздывание tп определяется не только свойствами объекта, но и свойствами регулятора и исполнительного устройства (исключение люфтов, уменьшение емкости объекта, что достигается приближением установки ИУ к РО).

Качественное регулирование по Р_з зависит от скорости (V_з) перемещения затвора РО, с возрастанием скорости ухудшается качество регулирования. Если время перемещения затвора T_з < < T₀, то система работает в режиме позиционного регулирования.

Наилучшие результаты когда t/T₀ > 0, 5 – 1, 0

В пневмо и гидро ИУ скорость перемещения затвора РО равна скорости перемещения ИМ.

При однооборотном ИМ скорость затвора

V_з = Т_пa / (2pi)

Где Т_п - время одного оборота выходного вала,

α - заданный угол поворота вала,

i - передаточное отношение от вала до РО.

Качество пропорционального регулирования сильно зависит от свойств ИУ.

Устойчивое регулирование:

Для объектов с самовыравниванием

К_р К_о > (1/ s_ст - 1)

Для объектов без самовыравнивания

1, 57 > К_рt/T₀ > 1/s_ст,

где s_ст - статическая ошибка.

В астатических системах с ПИ и ПИД законами регулирования также учитывают К_р.

Для систем с ПИ регулятором t> 0, 1T₀

Для систем с ПИД - регулятором t/T0> 1.