МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Кафедра “Автоматизації

теплових і хімічних процесів”

ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ ДВОПОЗИЦІЙНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

Інструкція

до лабораторної роботи № 5

з дисципліни “Основи автоматики й автоматизації”

для студентів базового напряму 6.092500

“Автоматизація і комп’ютерно-інтегровані технології”

Затверджено на засіданні

кафедри “Автоматизації теплових

і хімічних процесів”

Львів Львівська політехніка 2012 системи двопозиційного регулювання

Мета роботи : практично ознайомитися з роботою систем двопозиційного регулювання і вивчити вплив різних факторів на характер процесу регулювання.

Необхідна теоретична підготовка: знання принципів дії датчиків і приладів з релейним виходом і виконавчих механізмів для двопозиційного регулювання, а також властивостей об’єктів регулювання (швидкість розгону, самовирівнювання, запізнення).

Основні відомості

Процес регулювання є двопозиційним, якщо регулюючий орган може знаходитися тільки в двох положеннях: або він повністю відкритий, при цьому приплив максимальний ( ),або він повністю (частково) закритий, і приплив мінімальний ( ).

На рис.1 приведена схема двопозиційного регулювання рівня. При зростанні рівня в об’єкті регулювання (ОР) поплавок замикає верхній контакт, вмикаючи напругу живлення в обмотку 1 електромагнітного клапана (ЕМК). Регулюючий орган закривається і подача рідини в об’єкт зменшується до значення . При цьому зменшується рівень рідини в об’єкті, що призводить до замикання нижнього контакту і включення напруги живлення на обмотку 2 ЕМК. В наслідок цього регулюючий клапан повністю відкривається, встановлюючи приплив, рівний .При двопозиційному регулювання стан рівноваги в системі не досягається, оскільки приплив ніколи не буде рівним витраті : в момент, коли регульована величина Н зростає (так як ); в другий момент, коли , вона зменшується (так як ).Таким чином регульована величина Н не залишається постійною, вона безперервно коливається, причому амплітуда і частота цих коливань не повинна виходити за допустимі межі.

В якості двопозиційних регуляторів переважно використовують вимірювальні або датчики з релейним виходом ( з одною або двома парами контактів). Наявність двох пар контактів дозволяє встановлювати необхідну зону нечутливості регулятора¹.

В порівнянні з іншими видами регулювання двопозиційне має ряд переваг (простота конструкції, настроювання та інші).

В наш час системи двопозиційного регулювання широко застосовують для інерційних об’єктів регулювання, коли допускається коливний процес, а також в випадках багатоканального регулювання, коли один пристрій(машина централізованого контролю і регулювання) по черзі контролює параметри в різних об’єктах і діє на відповідні регулюючі органи.

Рис.2 Хід процесів двопозиційного регулювання в об’єкті без запізнення і самовирівнювання

Хід процесів регулювання на об’єктах без запізнення

На рис.2 показаний характер процесу двопозиційного регулювання на об’єкті без запізнення і без самовирівнювання. При цьому прийнято, що регулятор - без інерційний, а швидкість переміщення регулюючого органа (швидкість зміни )-дуже велика.

В регулюючому пристрої встановлена зона нечутливості, рівна .

На верхньому графіку показані зміни величин і в часі, а на нижньому-відповідні їм відхилення регульованої величини від заданого (середнього) значення.

Спостереження починаємо, коли регульована величина рівна заданому значенню ( )², а регульована дія максимальна ( ). Так як , то регульована величина зростає з швидкістю, пропорційною збуренню .

, (1)

де - швидкість розгону об’єкту, що характеризує інерційність об’єкту.

Коли відхилення регулюючої величини досягає верхньої межі зони нечутливості( ), замикається максимальний контакт регулюючого пристрою, і регулюючий орган переходить в своє друге фіксоване положення, встановлюючи притік ,рівний .Тепер вже , тому регульована величина починає зменшуватися з швидкістю

, (2)

В момент, коли досягає нижньої межі зони нечутливості ( ), замикається мінімальний контакт і регулюючий орган встановлює , і регульована величина знову починає зростати у відповідності з рівнянням (1) до значення , при якому регулятор змінить до значення .

Як бачимо, в об’єктах без запізнення процес двопозиційного регулювання проходить так, що регульована величина коливається в межах встановленої зони нечутливості. Період цих коливань складається з двох відрізків часу: час включення , коли і часу виключення ,коли

З графіка (рис.2) отримаємо:

(3)

Звідси, враховуючи (1), (2), знайдемо

; (4)

; (5)

. (6)

Як видно, період коливань регульованої величини при двопозиційному регулюванні об’єктів без запізнення тим менший, чим більша швидкість розгону об’єкта , тобто чим менша інерційність об’єкта. Слід відмітити, що абсолютне значення швидкості зміни регульованої величини (нахил лінії на рис.2) залежить від навантаження об’єкту . Чим менше , тим більша величина і менша величина і навпаки. Тільки для маємо = . Це випливає з формул (1), (2).

Якщо об’єкт без запізнення має самовирівнювання, то в процесі двопозиційного регулювання величина змінюється не по прямій, а по експоненті (рис.3). Амплітуда коливань при цьому не міняється, а період буде більшим. Але при невеликій ширині зони нечутливості розбіжність між прямолінійними і експоненціальними змінами невеликі, тому залежність (6) залишається правильною і для об’єктів з незначним самовирівнюванням.

Рис.3. Хід процесу двопозиційного регулювання в об’єкті без запізнення при наявності самовирівнювання.