Metode de control în sistemele de automatizare

V sisteme de automatizare Se aplică trei metode de control:

1) prin abaterea valorii controlate,

2) prin perturbare (prin sarcină),

3) combinate.

Metoda de reglare prin abaterea variabilei controlate Să luăm în considerare utilizarea exemplului unui sistem de control al vitezei unui motor de curent continuu (Fig. 1).

În timpul funcționării, motorul D, ca obiect de reglare, suferă diverse perturbări (modificări ale sarcinii pe arborele motorului, tensiunea rețelei de alimentare, viteza motorului care antrenează armătura generatorului D, modificări ale mediului ambiant). temperatura, care, la rândul lor, duc la modificarea rezistenței înfășurărilor și, prin urmare, a curenților etc.).

Toate aceste perturbații vor determina devierea turației D a motorului, ceea ce va determina o modificare a e. etc. v. tahogenerator TG. Reostatul P este inclus în circuitul tahogeneratorului TG1... Tensiunea U0 preluată de reostatul P1 este inclusă față de tensiunea tahogeneratorului TG. Aceasta are ca rezultat o diferență de tensiune e = U0 — Utg care este alimentată prin amplificatorul Y către motorul DP care mișcă glisorul reostatului P.Tensiunea U0 corespunde valorii setate a variabilei controlate - frecvența de rotație ωО, iar tensiunea tahogeneratorului Utg - valoarea curentă a vitezei de rotație.

Orez. 1. Diagrame schematice pentru controlul vitezei motorului de curent continuu în buclă închisă: R — reostat, OVG — bobină de excitație a generatorului, G — generator, OVD — bobină de excitație a motorului, D — motor, TG — tahogenerator, DP — motor de antrenare reostat, U — amplificator.

Dacă, sub influența perturbațiilor, diferența dintre aceste valori (abatere) depășește o limită predeterminată, atunci regulatorul va primi o acțiune de referință sub forma unei modificări a curentului de excitație al generatorului, care va provoca această abatere. a reduce. Un sistem general de deviere este reprezentat de diagrama din fig. 2, a.

Orez. 2... Scheme de metode de reglare: a — prin abatere, b — prin perturbare, c — combinat, P — regulator, RO — organism de reglementare, OR — obiect de reglementare, ES — element de comparație, x(T) este setare, Z1 (t) și Z2 (t) — influențe de reglementare interne, (T) — valoare reglabilă, F(T) este un efect perturbator.

Deviația variabilei controlate activează regulatorul, această acțiune este întotdeauna dirijată astfel încât să reducă abaterea. Pentru a obține diferența de valori ε(t) = x(t) — y (f), în sistem se introduce un element de comparație ES.

Acțiunea regulatorului în controlul abaterilor are loc indiferent de motivul modificării variabilei controlate. Acesta este, fără îndoială, marele avantaj al acestei metode.

O metodă de control al perturbărilor, sau compensarea perturbațiilor, se bazează pe faptul că sistemul utilizează dispozitive care compensează influența modificărilor efectului de perturbare.

Orez. 3... Schema de regulă a tensiunii generatorului de curent continuu: G — generator, ОВ1 și ОВ2 — bobine de excitație ale generatorului, Rн — rezistența la sarcină, F1 și F.2 — forțele magnetomotoare ale bobinelor de excitație, Rsh — rezistența.

Ca exemplu, luați în considerare funcționarea unui generator de curent continuu (Fig. 3). Generatorul are două înfășurări de excitație: OB1 conectat în paralel cu circuitul de armătură și OB2 conectat la o rezistență Ri... Înfășurările de câmp sunt conectate în așa fel încât ppm lor. F1 și F.2 adaugă. Tensiunea la borna generatorului va depinde de ppm total. F = F1 + F2.

Pe măsură ce curentul de sarcină Az crește (rezistența de sarcină Rn scade), tensiunea generatorului UG ar fi trebuit să scadă din cauza creșterii căderii de tensiune pe armătura generatorului, dar acest lucru nu se va întâmpla din cauza ppm. Bobina de excitație F2 OB2 crește deoarece este proporțională cu curentul de sarcină Az.

Acest lucru va duce la o creștere a ppm total și, în consecință, la o egalizare a tensiunii generatorului. Aceasta compensează căderea de tensiune atunci când curentul de sarcină se modifică - perturbarea principală a generatorului. Rezistența RNS în acest caz este un dispozitiv care vă permite să măsurați interferența — sarcină.

În cazul general, o diagramă a unui sistem care funcționează prin metoda de compensare a perturbațiilor este prezentată în Fig. 2, b.

Influențele anxioase pot fi cauzate de o varietate de motive, așa că pot fi mai multe dintre ele.Acest lucru complică analiza funcționării sistemului de control automat. De obicei, se limitează la a observa perturbările cauzate de cauza principală, cum ar fi modificările de sarcină. În acest caz, reglarea se numește reglare a sarcinii.

O metodă combinată de reglare (vezi Fig. 2, c) combină cele două metode anterioare: prin abatere și ultraj. Este utilizat în construcția sistemelor complexe de automatizare unde este necesară o reglementare de înaltă calitate.

După cum rezultă din fig. 2, în fiecare metodă de reglare, fiecare sistem de reglare automată este format din piese reglabile (obiect de reglare) și de reglare (regulator). În toate cazurile, regulatorul trebuie să aibă un element sensibil care să măsoare abaterea variabilei controlate de la valoarea prescrisă, precum și un organism de reglare care să asigure restabilirea valorii stabilite a variabilei controlate după abaterea acesteia.

Dacă în sistem regulatorul primește efectul direct de la elementul senzor și este acționat de acesta, atunci un astfel de sistem de control se numește sistem de control direct, iar regulatorul se numește regulator cu acțiune directă.

La regulatoarele cu acțiune directă, elementul senzor trebuie să dezvolte suficientă putere pentru a schimba poziția organismului de reglementare. Această împrejurare limitează domeniul de aplicare al reglementării directe, întrucât acestea tind să micșoreze elementul sensibil, ceea ce creează, la rândul său, dificultăți în obținerea unor eforturi suficiente pentru deplasarea organismului de reglementare.

Amplificatoarele de putere sunt folosite pentru a crește sensibilitatea elementului de măsurare și a obține suficientă putere pentru a deplasa corpul de reglare. Un regulator care funcționează cu un amplificator de putere se numește regulator indirect, iar sistemul în ansamblu este numit sistem de reglare indirectă.

În sistemele de control indirect, mecanismele auxiliare sunt utilizate pentru deplasarea organismului de reglementare care acționează dintr-o sursă de energie externă sau datorită energiei obiectului controlat. În acest caz, elementul sensibil acționează numai asupra elementului de comandă al mecanismului auxiliar.

Clasificarea metodelor de control al automatizării în funcție de tipul acțiunilor de control

Semnalul de control este generat de sistemul de control pe baza variabilei de referință și a semnalului de la senzorul care măsoară valoarea reală a variabilei controlate. Semnalul de control primit este transmis la regulator, care îl transformă într-o acțiune de control a unității.

Actuatorul forțează corpul de reglare al obiectului să ia o astfel de poziție încât valoarea controlată tinde spre valoarea setată. În timpul funcționării sistemului, valoarea curentă a variabilei controlate este măsurată continuu, prin urmare și semnalul de control va fi generat continuu.

Totuși, acțiunea de reglare a unității, în funcție de dispozitivul regulatorului, poate fi continuă sau intermitentă. În fig. 4, a prezintă curba de abatere Δu a valorii controlate y în timp de la valoarea setată y0, în timp ce, în același timp, în partea de jos a figurii este prezentat modul în care acțiunea de control Z trebuie schimbată continuu.Este dependent liniar de semnalul de control și coincide cu acesta în fază.

Orez. 4. Diagrame ale principalelor tipuri de influențe reglatoare: a — continuu, b, c — periodic, d — releu.

Regulatoarele care produc un astfel de efect se numesc regulatoare continue, iar reglementarea în sine este o reglare continuă... Regulatoarele construite pe acest principiu funcționează numai atunci când există o acțiune de control, adică până când există o abatere între real și prescris. valoarea variabilei controlate.

Dacă în timpul funcționării sistemului de automatizare, acțiunea de control cu ​​un semnal de control continuu este întreruptă la anumite intervale sau este furnizată sub formă de impulsuri separate, atunci controlerele care funcționează pe acest principiu se numesc regulatoare periodice (în trepte sau impuls). În principiu, există două modalități posibile de a forma o acțiune de control periodic.

În fig. 4, b și c prezintă graficele acțiunii de control intermitent cu abatere continuă Δ de la valoarea controlată.

În primul caz, acțiunea de control este reprezentată de impulsuri separate de aceeași durată Δt, urmând în intervale de timp egale T1 = t2 = t în acest caz mărimea impulsurilor Z = e(t) este proporțională cu valoarea semnal de control în momentul formării acţiunii de control.

În al doilea caz, toate impulsurile au aceeași valoare Z = e(t) și urmează la intervale regulate T1 = t2 = t, dar au durate diferite ΔT. În acest caz, durata impulsurilor depinde de valoarea semnalului de control în momentul formării acțiunii de control.Acțiunea de reglementare din partea autorului de reglementare este transferată organismului de reglementare cu discontinuități corespunzătoare, din cauza cărora organismul de reglementare își schimbă și poziția cu discontinuități.

În practică, sunt și sisteme de control cu ​​relee utilizate pe scară largă... Să luăm în considerare principiul de funcționare al controlului cu relee, folosind exemplul de funcționare a unui regulator cu control în două poziții (Fig. 4, d).

Regulatoarele de control on-off includ acele regulatoare care au doar două poziții stabile: una — când abaterea valorii controlate depășește limita pozitivă setată + Δy, iar cealaltă — când abaterea își schimbă semnul și atinge limita negativă -Δy.

Acțiunea de reglare în ambele poziții este aceeași ca valoare absolută, dar diferită ca semn, iar această acțiune prin intermediul regulatorului face ca regulatorul să se miște brusc în așa fel încât valoarea absolută a devierii să scadă întotdeauna. Dacă valoarea abaterii Δу atinge valoarea pozitivă admisă + Δу (punctul 1), releul se va declanșa și acțiunea de control -Z va acționa asupra obiectului prin regulator și corpul de reglare, care este opus în semn, dar egal în magnitudinea la valoarea pozitivă a acțiunii de control + Z. Abaterea valorii controlate va scădea după o anumită perioadă de timp.

Ajungând la punctul 2, abaterea Δy va deveni egală cu valoarea negativă admisibilă -Δy, releul va funcționa și acțiunea de control Z își va schimba semnul în sens opus etc. Controlerele cu relee, în comparație cu alte controlere, sunt simple în design relativ ieftine și sunt utilizate pe scară largă în acele instalații în care nu este necesară o sensibilitate mare la influențele perturbatoare.