Характеристики переходного процесса регулирования.

Процесс на рис.5 рассмотрен при изменении задания от I зад1 до I зад2. При изменении задания возникает отклонение dI, которое регулятор должен свести до ноля. В идеальном случае процесс регулирования завершается, когда I изм сравняется с I зад без колебаний. Процесс, за время Трег, в течении которого измеряемая величина Iизм сравняется с заданной I зад называется переходным или временем разгона. Время разгона является мерой инерционности объекта. Инерционность объекта зависит от его массы.

Время регулирования Трег определяет быстродействие системы и равно промежутку времени, в течении которого с начала переходного процесса выполняется неравенство

│ I зад – I изм│≤ β, где β – погрешность работы регулятора.

После переходного процесса наступает установившийся процесс I уст, когда I изм сравняется с заданным I зад.

 

При рассмотрении процессов в системе регулирования важное значение имеют три понятия:  устойчивость системы, качество регулирования, и точность регулирования.

Устойчивость - это свойство системы возвращаться в установившееся состояние после того, как она была выведена из этого состояния каким либо возмущением.

Качество регулирования зависит от того, насколько этот процесс близок к желаемому. Показателем качества регулирования является число колебаний N рег регулируемой величины в течении времени переходного процесса Трег.

Iзад1

Iзад2

I

Iмакс

Рис 5. Переходная характеристика центробежного регулятора скорости гидротурбины.

Iизм

Tрег

Iуст

t

β

β

Точность регулирования.

Точность регулирования зависит от погрешностей системы регулирования.

Часто на практике установившийся процесс из-за погрешностей β при отработке отклонения dI протекает с колебаниями I изм около оси I зад, как указано на рис 5.

Погрешность β возникает по разным причинам, из-за:

- статической погрешности регулирования;

- динамической погрешности регулирования;

- погрешности измерений датчика;

- неточности изготовления регулятора, исполнительного механизма (люфтов в шарнирах рычагов и механики, неточная масса грузиков, плохо отрегулированная пружина и т.п.).

Статическая погрешность.

Статические регуляторы поддерживают нестрого постоянное значение регулируемой величины, а с ошибкой, которая называется статической ошибкой.

При изменении нагрузки Р скорость вращения вала ω, поддерживаемая регулятором, изменится на величину d ω, которую называют статической ошибкой или статической погрешностью.

Степень изменения регулируемой величины характеризуется коэффициентом статизма, который определяет наклон характеристики

Р1

2

1

ω 2

ω 1

Р2

ω

Рис.6а. Статическая (1) и астатическая (2) характеристики регулирования.

Р

α1

При статической характеристике, увеличение нагрузки на величину ∆Р приводит к уменьшению скорости вращения турбины на величину ∆ω (рис 6а).

Характеристика с коэффициентом статизма Кс равным нулю называется астатической. Регуляторы с астатической характеристикой обеспечивают постоянство регулируемой величины. Но эта характеристика не позволяет распределить в заданном соотношении величину регулирующего воздействия между параллельно работающими объектами. Для этой цели используются регуляторы с со статическими характеристиками.

 

На рис 6б показаны статические характеристики 1 и 3 для двух регуляторов скорости вращения турбин с разными коэффициентами статизма:

 

 

На графике на рис 6б показаны статические характеристики регуляторов скорости вращения турбин с разными углами наклона α. Из рис 6б следует, например, что при увеличении скорости вращения турбин нагрузится больше та турбина, характеристика которой имеет меньший угол наклона α₁< α₂. Т.е. у первой турбины нагрузка увеличится от Р₁ до Р₂, а у второй турбины только от Р₃ до Р₄.

2

Р4

Р3

Р1

1

ω 2

ω 1

Р2

ω

Рис.6б. Статические (1, 3) и астатическая (2) характеристики регулирования.

Р

α1 1α

α2 1α

3

Динамическая погрешность.

Динамическая погрешность обусловлена реакцией средства измерения на скорость изменения входного сигнала. Эта погрешность зависит от инерционности средства измерения входного сигнала, изменений нагрузки и влияющих величин. На выходной сигнал средства измерений влияют значения входного сигнала и любые изменения его во времени.

Например, изменение нагрузки на турбину требует изменение напора воды (количества топлива) для его работы. Однако подвижные грузики 2 центробежного регулятора и масса турбины обладают определенной инерцией. По этой причине всякое изменение скорости вращения вала сопровождается рассогласованием между изменением количества подаваемого топлива и скоростью вращения вала двигателя. При этом наблюдаются колебания (I изм) - переходной процесс, см. рис 5.

Динамической характеристикой системы автоматического регулирования называется зависимость изменения регулируемой величины от времени в процессе регулирования при возникновении возмущающего воздействия.

Характеристики системы регулирования (рис.7).

Виды переходных процессов.

Пример 1. Идеальный переходной процесс. Автоматическая система регулирования переходит из одного установившегося состояния в другое (рис. 7а). Регулируемый параметр монотонно приближается к новому установившемуся значению Yуст2. В течение переходного процесса Yпер стремится к 0, т. е. происходит уменьшение ординаты Yпер. В этом слу­чае переходный процесс имеет затухающий характер, а сама АСР является устойчивой. Пример 2. Затухающий переходной процесс (практический). Переходный процесс протекает, как показано на рис. 7 в. Система, совершив несколько колебаний около нового установившегося значения регулируемого параметра Yуст2, прихо­дит к установившемуся режиму работы. В этом случае Yпер изме­няется как по абсолютному значению, так и по знаку. Автомати­ческая система, регулирования является устойчивой, потому что с течением времени Yпер стремится к 0. Пример 3. Неустойчивый переходной процесс. Предположим, что в АСР начался переходный процесс в момент t = tt(рис. 7 б). Переходный процесс имеет расходящийся характер, потому что с течением времени Yпер не стремится к нулю, а возрастает и АСР в переходном процессе неустойчива. Монотонные переходные процессы в двух рассмотренных примерах называются также апериодическими пе­реходными процессами.

Рис. 7. Примеры переходных процессов.

В общем случае значение регулируемого параметра в неустановившемся режиме в каждый момент времени

Y = Y уст+ Y пер, где Y уст – установившееся значение регулируемого параметра,

Y пер – переходная составляющая изменения регулируемого параметра, изменяющаяся по времени в течении переходного процесса.

При переходе системы из одного установившегося режима в другой она может оказаться либо устойчивой, либо неустойчивой. Чтобы определить это, необ­ходимо произвести исследование динамики процесса ре­гулирования, т. е. определить закон измерения регули­руемого параметра в функции времени при воздействии на АСР возмущающих факторов. Если Y пер стремится к нулю хотя бы за неограниченно большой отрезок вре­мени, то АСР будет устойчивой. Если с течением времени Y пер не стремится к нулю, то АСР будет неустойчивой. Примеры переходных про­цессов см. на рис. 7.

Контрольные вопросы к зачёту по разделу «Основные понятия об элементах и системах автоматики».

1. Что такое автоматика?

2.  Что такое телемеханика?

3. Назначение датчиков?

4. Какие параметры можно усиливать усилителем?

5. Назначение преобразователя?

6. Что такое исполнительные элементы?

9. Назначение микроЭВМ.

12. Какую функцию выполняет система АСК?

13. Какую функцию выполняет система АСУ?

14. Какую функцию выполняет система АСР?

15. Какова задача регулятора скорости вращения гидротурбины? 16. Какую роль играет пружина и грузики, рычаг АВС, игла форсунки?

16. Пользуясь рисунком регулятора скорости вращения гидротурбины, ответьте на вопросы. На генераторе увеличилась нагрузка. Что произойдёт со скоростью вращения турбины. Как себя поведут элементы регулятора: муфта с грузиками, рычаг АВС, игла форсунки.

17. Пользуясь рисунком регулятора скорости вращения гидротурбины, ответьте на вопросы. На генераторе уменьшилась нагрузка. Что произойдёт со скоростью вращения турбины. Как поведут себя элементы регулятора: муфта с грузиками, рычаг АВС, игла форсунки.

18.Пользуясь рисунком регулятора скорости вращения гидротурбины, ответьте на вопросы. В муфте по ошибке поставили пружину мощнее. Объясните, почему и как изменится скорость вращения гидротурбины.

19.Пользуясь рисунком регулятора скорости вращения гидротурбины, ответьте на вопросы. В муфте увеличили вес грузиков, объясните, почему и как изменится скорость вращения гидротурбины.

 

 

Раздел 3. Датчики.