Лабораторна робота №4

Дослідження системи позиційного регулювання

1. Мета роботи:

1.1. Ознайомитися з принципом дії позиційних регуляторів.

1.2. Досліджувати перехідний процес системи при двупозіційному регулюванні.

1.3. Вивчити вплив навантаження об'єкта на параметри автоколивань.

2. Короткі теоретичні положення

Автоматичні регулятори, у яких регулювальний орган може займати визначені положення в обмеженій кількості, називаються позиційними. Ці регулятори відносяться до групи регуляторів переривчастої дії. Найчастіше застосовуються двох- і трьохпозиційні регулятори. У двухпозиційних регуляторів, у залежності від знака відхилення керованої величини, регулювальний орган може практично миттєво займати тільки два положення, що відповідають максимальному і мінімальному припливам енергії в об'єкт. При трехпозиційнім регулюванні регулювальний орган займає ще і середнє фіксоване положення, що забезпечує подачу енергії в об'єкт відповідно до нормального його навантаження. Це сприяє більш плавній зміні керованої величини і скороченню числа спрацьовувань регулюючого органа.

Позиційне регулювання в більшості випадків здійснюється електричними регуляторами, убудованими у вторинні прилади: потенціометри, мости, мілівольтметри й ін.

У найпростішому випадку структурна схема системи двухпозиційного регулювання може бути представлена у виді послідовно з'єднаного позиційного Пз-регулятора й об'єкта регулювання, охоплених негативним зворотним зв'язком (рис. 4.1). Якщо відхилення значення регульованого параметра перевищує значення х_тах (рис.4.2), що відповідає верхньому настроюванню регулятора, то регулювальний орган переключається в положення m, при якому регулюючий вплив на об'єкт мінімален. Однак регулювальний орган залишиться в тім же положенні, доки відхилення регульованого параметра не досягне нижнього значення настроювання регулятора х_min. При цьому регулюючий вплив на об'єкт збільшується до максимальної величини m _max.

Графік перехідного процесу в релейній системі регулювання представлений на рис.4.3. Пз-регулятор виробляє регулюючий вплив, що дорівнює m _max,. якщо поточне значення регульованої величини нижче її заданого значення х_зад, у цьому випадку регульована величина зростає. При досягненні поточним значенням заданого, регулюючий вплив m миттєво зменшується до m. Однак унаслідок наявності в об'єкта інерційних властивостей регульована величина ще продовжує зростати протягом деякого

Рис.4.1 Структурна схема двухпозиційного регулятора

часу зі зменшуваною швидкістю і лише потім починає знижуватися. При наступному перетинанні регульованою величиною заданого значення регулятор знову зробить регулюючий вплив m_max, що через якийсь час приведе до чергового підвищення регульованого параметра і т.д. Таким чином, при використанні Пз-регуляторів, регульований параметр робить коливання щодо заданої величини. Ці коливання з амплітудою А и періодом Т називають автоколиваннями. Період коливань:

Т=Т_вкл+Т_викл (1)

де Т_вкл і Т_викл – відповідно, періоди включення і відключення сигналу (при m_max та m_min)

Моменти спрацьовування Пз-регулятора визначаються властивостями об'єкта і видом статичної характеристики регулятора.

Якість двухпозиционного регулювання характеризується параметрами автоколивань: амплітудою А, періодом Т и зсувом середнього значення автоколивань щодо заданого значення регульованого параметра. Це параметр а₀. Ці параметри залежать від величини запізнювання і ємності об'єкта, значення його навантаження, величини зони нечутливості регулятора і меж зміни його вихідної величини. Амплітуда коливань збільшується зі збільшенням зони нечутливості регулятора і часу запізнювання об'єкта регулювання.

При нормальному навантаженні об'єкта в системі мають місце симетричні коливання, позитивна і негативна амплітуди яких рівні між собою. При цьому середнє значення регульованої величини збігається з заданим. Зміна навантаження об'єкта викликає зсув середнього значення параметра стосовно заданого на величину а₀ у напрямку, зворотному зміні навантаження. При цьому в системі виникають несиметричні щодо заданого значення коливання. При Т_вкл / Т_викл =1, а₀=0; якщо

(Т_вкл + Т_викл)/ Т_вкл >2, а₀ >0.

Збільшення ємності об'єкта і ступеня його навантаження спричиняє зменшення амплітуди коливань.

3. Опис лабораторної установки

Принципова схема установки приведена на рис. 4.4. Установка складається з термостата ЛСБ-6М, термометра опору R_t, автоматичного моста типу КСМ-2 і двухпозиційного регулятори. На передній панелі регулятора розташований тумблер для включення автоматичного керування, сигнальні лампочки.

Контроль температури води в термостаті здійснюється термометром опору R_t, включеним в плече автоматичного рівноважного моста.

Рис 4.4 Принципова схема лабораторної установки

Напруга в діагоналі моста bd надходить на вхід електронного підсилювача ЭУ. Вихід підсилювача з'єднаний з обмоткою керування двухфазного реверсивного двигуна РД. Вихідний вал двигуна через редуктор з'єднаний із движком реохорда R _r, стрілкою приладу і пером самописа.

При зміні контрольованої температури змінюється опір термометра R_t у результаті чого порушується рівновага моста. На вхід ЗУ подається сигнал неузгодженості U_bd, що підсилюється по напрузі і потужності. Після посилення сигнал неузгодженості надходить на двигун РД, що починає обертатися і переміщати движок реохорда в ту або іншу сторону до рівноваги вимірювального моста. На шкалі моста є задатчик ЗД, що встановлюється на задану температуру. Контакт мікроперемикача В, установленого на задатчику, керує роботою релейного регулятора.

Регулювання температури виконується таким чином. При включенні тумблера S напруга подається на обмотку магнітного пускача К1, що включає нагрівач Е. Тому що в цей момент температура води низька, контакт мікроперемикача В розімкнуть. При підвищенні температури до заданої межі контакт В закривається і включає реле К2, що своїм контактом К2.1 відключає магнітний пускач К1 і, відповідно, нагрівач Е.