В.2. Контрольные вопросы

1. В чем сущность скользящего режима в релейной системе?

2. Как определить справедливость применения метода гармонической линеаризации?

3. Что понимается под устойчивостью периодического решения?

4. Влияют ли параметры линейной части системы на вид фазового портрета в обычном и скользящем режимах работы?

Работа с. Исследование аср температуры в электрической печи сопротивления с релейными регуляторами

Цель работы– исследование переходных процессов в АСР температуры с двухпозиционным и трехпозиционным регулятором.

С.1. Описание исследуемой системы

Источником тепла в электрической печи сопротивления (ЭПС) являются электронагреватели. При прохождении через них электрического тока выделяется значительное количество тепла (закон Джоуля-Ленца). Применение для нагрева металла электрической энергии улучшает технологию нагрева: в рабочей камере может быть создана любая атмосфера, а также вакуум; окружающая среда при загрузке и выгрузке не загрязняется; исключается местный перегрев изделий вследствие равномерного расположения нагревателей.

Задача управления ЭПС заключается в обеспечении заданных температурного и теплового режимов нагрева изделий.

ЭПС – это объект с самовыравниванием, который можно представить в виде последовательного соединения инерционного звена и звена запаздывания

,

где K_O – коэффициент передачи объекта, С/Вт; T_O и _O – постоянная времени и запаздывание соответственно.

Отношение времени запаздывания _O к постоянной времениT_O, как правило, меньше 0,2. Для таких объектов обычно применяют системы позиционного регулирования температуры.

Основными возмущениями являются изменение характеристик источника электрического тока, величины вакуума, изменение расхода защитной атмосферы.

В качестве регулирующего воздействия используют изменение мощности, выделяемой нагревателями, обеспечивающее стабилизацию температуры в печи или её изменение по заданному закону. Чаще всего применяют двухпозиционное или трехпозиционное регулирование.

На рис. С.1 и рис. С.2 приведены релейно-контакторные схемы двух- и трехпозиционного регулирования температуры. Регулирующие контакты встроены в регистрирующий прибор. В качестве датчика температуры применен термоэлектрический термометр (термопара).

Рис. С.1. Схема двухпозиционного регулирования температуры в ЭПС:

РC– регистрирующий прибор со встроенным контактом «минимум»;BK– термоэлектрический термометр;EK– нагревательный элемент печи;SA– универсальный переключатель;QF– автоматический выключатель;FU1 и FU1– плавкие предохранители;К1– промежуточное реле;КМ– контактор

Рис. С.2. Схема трехпозиционного регулирования температуры в ЭПС

Принципиальная схема АСР температуры трехпозиционным регулятором (рис. С.2) включает регистрирующий прибор со встроенными контактами «норма», «минимум»; остальные элементы такие же, как на схеме двухпозиционного регулирования.

В качестве релейных регуляторов могут использоваться НЭ с различными статическими характеристиками (рис. С.3). Входной величиной регулятора является отклонение =₀–управляемой величины (температуры) от заданного значения₀,aвыходной – уровень подводимой к печи мощности.

а) б) в)

Рис. С.3. Статические характеристики релейных регуляторов

При двухпозиционном регулировании (рис. С.3, а, б) регулирующий орган может занимать одно из двух положений. В первом положении силовые контакты замкнуты и на печь подается максимальная мощность P_MAX; во втором – силовые контакты разомкнуты и на печь подается минимальная мощностьP_MIN(обычноP_MIN = 0).

При идеальной характеристике реле (рис. С.3, а) при> 0 (т. е. при<₀) подается максимальная мощностьP_MAXи происходит прогрев печи. При достижении<₀( = 0) силовые контакты размыкаются и нагревательный элемент обесточивается. Вследствие инерционности объекта управления температура в печи некоторое время будет продолжать увеличиваться до значения выше заданного ( < 0), а затем начнёт уменьшаться. Новое замыкание силовых контактов произойдёт при уменьшении температуры печи до₀( = 0). В результате установятся незатухающие колебания (автоколебания) температуры около заданного значения.

Если характеристика двухпозиционного регулятора неоднозначна (рис. С.3, б), то при разогреве печи (уменьшении) отключение нагревателя произойдёт не в точке достижения выходом заданного значения, а при более высокой температуре, соответствующей отклонению= –В. (Отметим, что отклонение< 0 соответствует температуре>₀, а отклонение > 0 – температуре<₀). В результате установятся автоколебания с большей температурой, чем в первом случае.

При симметричном режиме работы автоколебания происходят вокруг заданного значения ₀. Такой режим возникает в случае равенства скорости нагрева и охлаждения печи в области заданного значения температуры. Если режим несимметричен, то автоколебания возникают около среднего значения температуры_СР, отличного от₀. Возникает как бы статическая ошибка.

При трехпозиционном регулировании статическая характеристика регулятора имеет вид, показанный на рис. С.3, в. При > +В(<₀–В) подается полная мощностьP_MAX. При +В >  > –В(температуранаходится в заданных пределах) подводится средняя мощностьР_СР. При< –В(температура выше заданного предела>₀+В) нагреватель отключается и подаетсяР_MIN = 0.

Проанализировать переходные процессы при различных режимах работы трехпозиционного регулятора предлагается самостоятельно.