Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Ноября 2011 в 23:01, курс лекций
Основы теории автоматического управления
Основные понятия и определения
Принципы управления
Для обеспечения вращения в одну сторону необходимо замкнуть контакт К1. При этом фаза А подключается на обмотку W1 непосредственно, а на обмотку W2 – через фазосдвигающий конденсатор с.
Для обеспечения вращения в противоположную сторону необходимо замкнуть контакт К2. В этом случае фаза А подключается к обмотке W2 непосредственно, а к W1 через фазосдвигающий конденсатор.
Схема управления содержит также конечные выключатели и дополнительные блок-контакты К1 и К2 для исключения одновременного замыкания обоих контактов:
Для изменения направления вращения асинхронного электродвигателя необходимо поменять местами подключение 2х любых фаз (А, В или С). Это обеспечивается обычно реверсивными магнитными пускателями.
Для обеспечения вращения в ту или другую сторону необходимо замыкать контакты К1 и К2, с помощью которых подается питание на катушки реверсивного магнитного пускателя КМ 1.1 или КМ 1.2.
Рассмотрим пример управления уровнем в емкости по 3х позиционному закону с использованием электроконтактного манометра (ЭКМ).
Представим шкалу ЭКМ в линейном виде.
Если использовать в качестве контакта К1 (рис.8,9) НЗ контакт выхода 1 прибора (манометра), то при входе контролируемого параметра в зону "меньше" он будет обеспечивать вращение электродвигателя в сторону увеличения проходного сечения запорной арматуры.
Если использовать в качестве контакта К2 НО контакт выхода 2 манометра, то при выходе параметра в зону "больше" он будет обеспечивать вращение электродвигателя в противоположную сторону (для уменьшения проходного сечения).
Рассмотрим временную диаграмму работы СУ.
В момент времени скачкообразно уменьшим сток . В период наблюдается рост уровня.
В момент параметр выходит в зону "больше". НО контакт выхода 2 замыкается, двигатель уменьшает приток .
В момент при достигается максимальное значение уровня, после чего уменьшается (т.к. ).
В момент параметр входит в зону "норма". Двигатель останавливается, т.к. размыкается контакт К2, уровень продолжает падать (т.к. ).
В момент параметр входит в зону "меньше". Контакты выхода 1 возвращаются в исходное положение (см.рис). Т.к. контакт К1 – НЗ контакт выхода 1, двигатель вращается в противоположную сторону, увеличивая .
В момент уровень достигает минимального значения (при ).
В момент параметр входит в зону "норма". Двигатель останавливается, т.к. НЗ контакт выхода 1 размыкается.
Далее процесс продолжается аналогично до обеспечения равенства притока и стока.
Параметрами настройки являются:
При малом значении может наблюдаться вращение электродвигателя в ту и другую сторону практически без остановок.
В ряде случаев (например, при управлении тепловыми объектами) наблюдается значительное различие в инертности изменения регулируемого параметра (десятки минут) и времени перемещения исполнительного механизма из одного положения в другое (десятки секунд).
В этом случае наблюдается низкое качество управления, поэтому используются корректирующие устройства, простейшим из которых является импульсный прерыватель.
Команду регулятора исполнительному механизму в момент времени t0 "включено" (контакт замкнут) импульсный прерыватель преобразует в последовательность замыкания/размыкания собственных контактов, которые и используются для управления электродвигателем. Изменяя длительность включения и пауз можно согласовать время перемещения регулирующего органа с инерционностью объекта.
При этом вращение электродвигателя происходит "порциями".
Позиционные законы не всегда обеспечивают заданное качество управления. При их использовании часто наблюдается автоколебательный режим изменения выходной характеристики y(t), поэтому применяются непрерывные законы. Они связывают управляющие воздействия x(t) с отклонениями ε(t) (используется принцип управления по отклонению).
Используются следующие 3 теоретических закона:
где (коэффициент усиления регулятора) – это параметр, подлежащий настройке
При уменьшении стока Qc наблюдается повышение уровня, перемещение поплавка вверх, уменьшение проходного сечения, т.е. притока QП. Равенство потоков QП=Qc обеспечивается при новом значении уровня H0+∆H, где ∆H – статическая ошибка, присущая всем П-регуляторам. Достоинство – быстродействие.
При увеличении ∆H уменьшается, но при этом снижается устойчивость системы управления.
- время «изодрома» – параметр, подлежащий настройке.
Данный закон позволяет свести отклонение к нулю, обеспечивая точность управления. Недостаток – значительная инерционность.
где - время предварения.
Применяется для управления быстро протекающими процессами. Данный закон отдельно не используется, а только в составе комбинированных регуляторов.
Комбинированные регуляторы:
Пропорционально-
Представляет собой параллельное включение пропорциональной и интегральной частей, действие которых может усиливаться или ослабляться путем изменения настроек и . Пропорциональная обеспечивает быстродействие, интегральная – точность.
В промышленности используются законы: П, И, ПИ, ПД, ПИД.
В ПИ-регуляторе,
например, вначале действует
При построении СУ необходимо обеспечить заданное качество. Используются прямые показатели качества, когда есть возможность осуществить возмущение и проследить за переходным процессом изменения y(t) при его "ликвидации".
Иначе используются косвенные показатели (например, анализ коэффициентов уравнений).
Рассмотрим систему управления парогенератором (рис.1). Принцип управления – по отклонению; алгоритм функционирования - стабилизация давления; закон управления - непрерывный.
В момент скачкообразно увеличим задание с до (нанесем возмущение по каналу «задание»). Получив информацию , регулятор выдает команду на увеличение проходного сечения трубопровода подачи топлива.
В момент меняется знак (в связи с инерционностью объекта регулятор увеличил проходное сечение выше требуемого).
Получив информацию , регулятор выдает команду исполнительному механизму на уменьшение проходного сечения.
В момент отклонение вновь меняет знак (по той же причине). Регулятор дает команду исполнительному механизму на увеличение проходного сечения.
Таким образом, требуемое проходное сечение регулятор ищет "последовательными приближениями".
Рассмотрим процесс изменения выходной характеристики при нанесении скачкообразного возмущения по каналу "нагрузка" – основной возмущающий фактор.
В момент скачкообразно уменьшили количество потребляемого пара → растет давление.
К показателям качества относят:
Переходной процесс в данном случае развивается аналогичным образом (причинно-следственная связь)
Рассмотрим качественно переходные процессы для этого же случая с различными законами управления.
Для
осуществления качественного
Различают:
Способность
объекта самостоятельно (без регулятора)
выходить на новые установившиеся значения
параметра после нанесения
Существуют объекты без самовыравнивания (астатические).
В момент увеличился приток . Наблюдается рост уровня и увеличение стока за счет увеличения напора.
В момент скачкообразно уменьшается производительность насоса. Наблюдается рост уровня h, уменьшение перепада ∆H и снижение притока .
Две
емкости с одинаковыми
Рассмотрим двухемкостной объект.
В момент скачкообразно увеличивается приток . Уровень в емкости 2 начинает увеличиваться, по истечении времени (транспортное запаздывание).