3.5 Выбор закона регулирования
Инженерный метод выбора закона регулирования (метод А. П. Копеловича) основывается на представлении реальных промышленных объектов регулирования в виде последовательно соединенных типовых звеньев: апериодического и чистого запаздывания. Эта операция была выполнена в разделе 3.2.
Далее произведем выбор закона регулирования по методике Копеловича в следующем порядке.
Рассчитайте отношение tз/То и ориентировочно выберите по нему тип регулятора:
при tз/То ≤ 0,2 можно выбрать позиционный регулятор,
при tз/То >0,2 выбирается регулятор непрерывного действия.
В нашем случае соотношение tз/То=40/100=0,4>0,2. Соответственно, нам необходим регулятор непрерывного действия
2) Если выбран регулятор непрерывного действия, то следует определить реализуемый им закон регулирования. Это производится по специально рассчитанным графикам, которые изображены на рисунке 3.4. По приведенным на рисунке 3.4 зависимостям Rg = f(tз/То) в соответствии с указанным в варианте задания типовым переходным процессом выберите простейший регулятор, обеспечивающий при данном tз/То непревышение допустимого значения величины Rg, которое было рассчитано ранее.
а – для апериодического переходного
процесса; б – для процесса с ξ=20%; в –
для процесса с
;
1 – И-регулятор; 2 – П-регулятор; 3 –
ПИ-регулятор; 4 – ПИД-регулятор.
Рисунок 3.4 – Графики для выбора закона регулирования
Рисунок 3.5 – Зависимость статической ошибки регулирования от τз/Т0
4) По приведенным на рисунке 3.6 зависимостям (τр/τз)=f(τз/Т0) определиvобеспечиваемое выбранным регулятором время регулирования τp. Если полученное время больше заданного, то следует вернуться к рисунку 3.4 и выбрать ближайший более сложный закон регулирования, а затем снова выполнить проверку по времени регулирования.
Регулятор, удовлетворяющий заданному времени регулирования, принимается окончательно. В нашем случае время меньше заданного, следовательно выбран верный регулятор (ПИД).
Рисунок 3.6 – Зависимость времени регулирования от τз/Т0
3.6 Расчет оптимальных значений параметров настройки регулятора
Рассчитаем оптимальные настройки регулятора по формулам 3.12-3.14:
|
|
(3.12) |
|
|
(3.13) |
|
|
(3.14) |
|
Соответственно: |
|
4 Функциональные схемы систем управления
Функциональная схема управления водонагревателя НЭ-1Б приведена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – функциональная схема водонагревателя
Q2 - тумблер; Kl, К2 - реле; К - магнитный пускатель; Q1 - пусковой прибор; Н - сигнальная лампа; КЗ - реле защиты от «сухого хода»; Е7 - электрод; R - сопротивление; В1 и В2 - контакты термосигнализатора; Т - трансформатор; Е1 ... Е6-тэны
При достаточном уровне воды электрод Е7, установленный на крышке резервуара, находится в воде. Электрическая цепь реле КЗ замкнута, а его замыкающие контакты 1 КЗ и 2КЗ закрыты, т. е. включено питание сигнальной лампы Н и катушки магнитного пускателя К. Последний при включении тумблера Q2 включает тэны водонагревателя. В случае понижения уровня воды в резервуаре, например при временном прекращении подачи воды из водопровода или включении аппарата при закрытом вентиле на подводящем трубопроводе, электрод Е7 окажется оголенным и питание реле КЗ прекратится, а его замыкающие контакты 1КЗ и 2КЗ соответственно отключат сигнальную лампу и катушку магнитного пускателя К. Последний через контакты К обесточит тэны.
Термометрический сигнализатор ТСМ-100 имеет три стрелки - две задающие и одну указывающую. Задающие стрелки термосигнализатора устанавливают: желтую - на минимальную, красную - на максимальную температуру воды. На указывающей (черной) стрелке жестко закреплены контактные щеточки, скользящие по двум секторам с контактами, один из которых связан с желтой, а другой с красной задающими стрелками. При нагревании воды указывающая стрелка передвигается по шкале и по достижении нижнего предела температуры через контакт желтой стрелки В1 включает реле К1, а через замыкающий контакт 1К1 подготавливает цепь реле К2. При нагревании воды до верхнего предела указывающая стрелка через контакт красной задающей стрелки В2 включает реле К2, размыкающий контакт которого 1К2 размыкает цепь катушки магнитного пускателя К. Последний отключает тэны. Поскольку замыкающий контакт 2К2 блокирует питание катушки К2 при отходе указывающей стрелки от верхней задающей стрелки В2, выключение тэнов не произойдет. Когда же указывающая стрелка опустится до нижнего заданного предела В1, цепь питания катушки промежуточного реле К1 разомкнётся, а его размыкающий контакт 1К1 отключит катушку К2, контакт которой 1К2 замкнет цепь питания катушки магнитного пускателя К и подключит тэны к сети.