Автоматические регуляторы прямого действия.

Они получили широкое распространение в системах стабилизации давления, температуры, уровня и т.д. Регуляторы прямого действия, как правило, реализуют П-закон регулирования.

Рассмотрим систему регулирования давления с регулятором прямого действия (рис.) На мембрану 1 действует регулируемая величина (давление р измеряемой среды) и противодействующее усилие, создаваемое пружиной 2 задатчика. При появлении разности между измеряемым и заданным давлениями эта разность воздействует на мембрану в сторону уменьшения этого отклонения, перемещая штоком 4 клапан 5.Заданное значение меняют, изменяя натяжение пружины гайкой 3. Коэффициент усиления (настройка) регулятора зависит от расходной характеристики клапана.

В регуляторах температуры прямого действия (терморегулирующий вентиль) датчиком служит, как правило, термобаллон. При изменении температуры среды изменяется давление в термобаллоне, в результате чего сильфон термометрической системы сжимается или разжимается, перемещая аналогично мембране регулирующий клапан.

Двухпозиционное регулирование.

Для поддержания регулируемой величины в несложной системе, когда не требуется высокой точности, возможно использование нелинейного двухпозиционного регулятора типа «включено-выключено».

Рассмотрим работу двухпозиционного регулятора фирмы ОВЕН. Обобщенная блок-схема регуляторов ОВЕН представлена на рис. Входы служат для подключения различных типов датчиков.

Рис. Обобщенная блок схема регуляторов фирмы «ОВЕН»

Блок обработки сигналов выполняет коррекцию показаний датчиков, цифровую фильтрацию: устраняет сигнальные единичные помехи, сглаживает показания прибора за счет их усреднения (при заданном числе измерений). Логическое устройство сравнивает измеренное значение с заданным и вырабатывает управляющее воздействие.

При двухпозиционном регулировании сигнал выходного устройства меняется на противоположный, если измеренная величина пересекает заданное значение. Для такой работы требуется выходное устройство ключевого типа: электронное реле, транзисторная оптопара, симисторная оптопара, выход для управления внешним твердотельным (полупроводниковым) реле.

Рис Схема (а) и графики (б)

На рис. Представлена схема (а) двухпозиционного регулирования температуры в объекте таким регулятором и графики (б) изменения температуры и состояния реле (Δ – зона возврата регулятора). График процесса регулирования представляет собой незатухающие колебания.

На лицевой панели регулятора имеются:

· цифровой дисплей для показания значений регулируемой температуры;

· кнопка для входа в режим программирования;

· кнопки для увеличения или уменьшения заданного значения (уставки);

· светодиоды для сигнализации состояния прибора.

ПИД - регулирование

В общем случае автоматическое поддержание заданного значения (уставки) регулируемой величины происходит в соответствии со схемой показанной на рис.

Рис Схема замкнутой системы регулирования.

В настоящее время подавляющее большинство автоматических регуляторов является цифровыми. Выходной сигнал в них рассчитывается по формуле:

Y_i  1/ X_p [ E_i +1/ t_n* ΣE _i *Δ t_изм+ t_g*Δ E _i /Δ t_изм ]*100%, где

Где: X_p - полоса пропорциональности в пределах которой справедлив П - закон;

E_i - рассогласование;

T _g - постоянная времени дифференцирования;

Δ E _i - разность между двумя соседними измерениями E _i и E _i-1;

Δ t _изм - время между двумя соседними измерениями Т_i и Т_i-1;

t _n - постоянная времени интегрирования;

ΣE _i - накопленная в i-й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма);

Выходные устройства ПИД регулятора могут быть:

· ключевого типа (см. описание работы двухпозиционного регулятора);

· аналогового типа - цифроаналоговый преобразователь, который формирует аналоговый сигнал, так называемую токовую петлю 4-20 мА (пропорциональный выходному сигнальному ре Y_i).

Если выходное устройство ключевого типа - выходной сигнал преобразуется в последовательность управляющих импульсов длительностью D (см. рис.)

D= Y*T_сл /100%

Где: D - длительность импульса, с;

T_сл - период следования импульсов, с;

Y- выходной сигнал регулятора;

Рис Перемещение по (в) регулятором с импульсным выходом совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости при различных движений импульса (а, б)

Как видно из рис, при одном переходе Тсл длительность импульса определяется значением выходного сигнала У. Эти импульсы Д передаются на исполнительное устройство регулятора. Такое преобразование выходного сигнала для управления называется шикарно-импульсной модуляции(ШИМ). Выходное устройство ключевого типа включает исполнительный механизм постоянной скорости (ИМПС) на время Д, с. Результирующее перемещение регулирующего органа объекта с помощью ИМПС показанной на рис.

Регулирующий клапан имеет электропривод (электродвигатель ИМа) и две пары контактов для управления направлением его вращения.

Рис Регулятор с выключенными реле (а) и графики регулируемой величины с состояние реле (б).

На рис. а показана связь выходных реле регулятора с электродвигателем ИМа. На рис. б приведен график изменения регулируемой величины относительно T_уст и соответствующие импульсы D управления клапаном. При Т< T_уст подаются импульсы на открытие клапана, при Т> T_уст – на закрытие. Из рис. ясно, что чем больше Т-T_уст , тем больше длительность импульса (ШИМ).

Как видно из рис., при одном периоде T_сл длительность импульса определяется значением выходного сигнала Y. Эти импульсы D передаются на исполнительное устройство регулятора. Такое преобразование выходного сигнала для управления называется, широко-импульсной модуляцией (ШИМ). Выходное устройство ключевого типа включает исполнительный механизм постоянной скорости (ИМПС) на время D, с.

Результирующее перемещение регулирующего органа объекта с помощью ИМПС показано на рис.