Регулятор;2 - обобщенный объект регулирования

Из состава элементов АСР следует, что для автоматической системы характерно наличие замкнутого контура регулирования «объект регулирования - измерительное устройство - суммирующее устройство - регулирующее устройство - исполнительный механизм - регулирующий орган - объект регулирования».

Совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, и путей передачи воздействия между ними называют структурой системы. Графическое изображение такой структуры называют структурной схемой автоматической системы.

Структурная схема одноконтурной автоматической системы регулирования. На схеме (рис. 2.1) элементы автоматической системы изображены квадратами или прямоугольниками, в которые вписаны условные обозначения элементов: ЗУ, РУ, ИМ, РО, ОР, ИУ. Пути передачи воздействий между ними изображены линиями со стрелками в направлении передачи воздействий. Наиболее характерные воздействия [g)t), ε, x_р, x_,]указаны вблизи линий передачи этих воздействии. Суммирующее устройство СУ принято изображать в виде круга, разделенного на секторы, в которые входят суммирующиеся или из которых исходят результирующие воздействия. Секторы, в которые входят отрицательные воздействия, зачерняют. Так, на рисунке в задающем устройстве ЗУ вырабатываются задающие воз­действия g(t), которые поступают в суммирующее устройство СУ. В это устройство с противоположным знаком подается действительное значение x регулируемого параметра. Отклонение регулируемого значения ε =g(t)-x от заданного исходит из суммирующего устройства и поступает в регулирующее устройство РУ для формирования закона регулирования и воздействия через исполнительный механизм ИМ и регулирующий орган РО на объект регулирования ОР в сторону ликвидации отклонения регулируемой величины от заданного значения.

Если исполнительный механизм ИМ не является простым преобразующим усилительным элементом, а в дина­мическом отношении является более сложным звеном (ин­тегрирующим, апериодическим и т. п.). то его динамические свойства при построении схем автоматизации технологическими процессами также используются при формировании закона регулирования.

Регулирующее устройство с исполнительным механизмом, задающий и суммирующий элементы образуют автоматический регулятор. Регулирующий орган, собственно объект регулирования, характеризующийся той или иной регулируемой величиной, и измерительное устройство, отображающее в той или иной форме значение регулируемой величины, образуют обобщенный объект регулирования. Таким образом, автоматическая система регулирования состоит из регулятора и объекта регулирования, взаимодействующих между собой по замкнутому контуру.

Контур регулирования имеет два канала: канал регулирования или управления от регулятора к объекту и канал главной отрицательной обратной связи от объекта к регу­лятору. При отклонении значения регулируемой величины от заданного от регулятора по каналу до тех пор будут поступать регулирующие (управляющие) воздействия на объект, пока по каналу главной отрицательной обратной связи не поступит сигнал, равный заданному значению регулируемой величины x=g(t). При этом на вход регулятора сигнал поступать не будет [ε =g(t)-x=0], регулирующее воздействие на объект прекратится и регулирующий орган остановится в положении, при котором обеспечивается заданное значение регулируемой величины.

Так как в реальном объекте необходимо регулировать несколько величин, то он имеет несколько самостоятельных контуров автоматического регулирования и обобщенный объект в каждом контуре регулирования является динамической моделью части реального объекта.

При чтении схем автоматического управления следует иметь в виду, что некоторые элементы контуров регулирования конструктивно и функционально могут быть объединены. Так, регулятор конструктивно может быть выполнен со встроенными задающими и суммирующими устройствами, исполнительный механизм и регулирующий орган конструктивно могут быть выполнены как единое устройство и т. д. Однако это не нарушает общего принципа построения.

Следует также иметь в виду, что кроме самостоятельных (основных) контуров регулирования в системе могут быть дополнительные (вспомогательные) контуры, предназначенные для улучшения качества регулирования.

Структурная схема, имеющая два дополнительных контура регулирования. В систему (рис. 2.2) введена дополнительная отрицательная обратная связь по положению исполнительного механизма через корректирующее устройство КУ и дополнительная положительная обратная связь по промежуточной величине x_д объекта регулирования, имеющей связь с основной регулируемой величиной x, Промежуточная величина x_дизмеряется дополнительным из­мерительным устройством ИУ _д.

 

 

Рис.2.2. Многоконтурная автоматическая система регулирования

(1 и 2 - см. рис. 2.1 )

Из рис. 2.1 и 2.2 видим, что основной контур образован элементами СУ, РУ, ИМ, РО, ОР, НУ, СУ, а два дополнительных- соответственно СУ₁, РУ, ИМ, КУ, СУ₂ и СУ₁, РУ, ИМ, РО, ОР, ИУ _Д, СУ₂, СУ₁.

Дополнительные отрицательные обратные связи суммируются в промежуточном суммирующем устройстве СУ₂, а их результирующая составляющая суммируется с ошиб­кой регулирования ε по основному контуру в промежуточном суммирующем устройстве СУ₁. На вход регулирующего устройства РУ поступает воздействие ε₁= ε – (x_к.у-x_д). Необходимость ввода дополнительных обратных связей вызывается следующим. В процессе регулирования для ускорения ликвидации отклонения регулируемой величины от заданного значения необходимо увеличивать скорость перемещения регулирующего органа. Однако в связи с инерционностью объекта регулирования перемещение регулирующего органа не сразу приведет к соответствующему изменению регулируемой величины системы на рис. 2.1. В результате при достижении регулирующим органом положения, при котором в установившемся режиме значение регулируемой величины было бы равно заданному, благодаря инерционности значение регулируемой величины не будет равно заданному и регулятор будет оказывать дальнейшее воздействие на регулирующий орган в том же направлении. В момент достижения регулируемой величиной заданного значения регулятор отключится, но к этому времени регулирующий орган перейдет положение равновесного состояния, что вызовет отклонение регулируемой величины в противоположном направлении. После этого регулятор вновь включится и начнет перемещать регулирующий орган в противоположную сторону. В системе возникает колебательный режим. При этом в ряде случаев не представляется возможным получить требуемое качество регулирования.

Для обеспечения требуемого быстродействия системы применяют дополнительные обратные связи. Так, дополнительная отрицательная обратная связь по положению исполнительного механизма отключает регулятор после его определенного перемещения, не дожидаясь достижения регулируемой величиной заданного значения. При восстановлении заданного значения регулируемой величины одновременно через дополнительную обратную связь уменьшается воздействие на регулятор отрицательной обратной связи х_к.д по положению исполнительного механизма.

Дополнительные связи могут быть также и между отдельными контурами регулирования. Примером таких связанных контуров являются автоматические системы регулирования температуры печи путем подачи в печь топлива и автоматические системы регулирования воздуха, подаваемого в печь и необходимого для сжигания топлива. Эти системы, как правило, для обеспечения оптимального соотношения «топливо - воздух» в переходных режимах имеют связь между контурами регулирования. Так, при изменении расхода топлива в регулятор расхода воздуха поступает корректирующий сигнал для соответствующего изменения расхода воздуха. В результате регулятор воздуха срабатывает до поступления отклонения регулируемой величины по главной отрицательной обратной связи своего контура, например, от измерительного устройства содержания свободного кислорода в дымовых газах.

Таким образом, при чтении схем автоматического управления после нахождения основных контуров регулирования необходимо выявить возможные дополнительные связи как в данном контуре, так и между контурами.