Что такое регулирование по двухпозиционному закону

Точность поддержания температуры, законы регулирования

После включения прибора оператор должен установить требуемую температуру регулирования. Установка температуры регулирования производится в первом уровне режима настройки. В процессе работы в верхней строке индикаторов выводится измеренная температура объекта, а в нижней строке заданная температура регулирования. Температуру регулирования можно изменить, не отключая установки. Просто войдите в первый уровень режима настройки и измените температурную уставку. Следует различать точность измерения температуры прибором и точность поддержания (регулирования) температуры. Точность регулирования определяется параметрами объекта регулирования и законом управления. В неблагоприятном случае (например очень инерционная печь и двухпозиционное регулирование) точность регулирования хуже точности измерения. Раскачка может достигать десятков градусов. Напротив, в благоприятном случае с ПИД регулированием можно достичь поддержания температуры с колебаниями на уровне разрешающей способности приборов (до 0.1°С), что выше абсолютной точности измерения температуры. Приборы Термодат могут регулировать температуру как по двухпозиционному, так и по ПИД закону регулирования. Установка закона регулирования производится в третьем уровне режима настройки.

Двухпозиционный закон регулирования

Двухпозиционный метод регулирования — самый обычный и широко распространенный метод регулирования температуры — нагреватель включен, если измеренная температура Т ниже значения уставки Тус и выключен при повышении. Мощность, подаваемая на нагреватель в позиционном регуляторе, имеет только два значения — максимальное и нулевое, две позиции (отсюда и образовалось название) — нагреватель полностью включен или полностью выключен. Для предотвращения дребезга вблизи Тус (слишком частого включения нагревателя), предусматривается задание зоны возврата Тгс (другие наименования этого параметра — зона нечувствительности, гистерезис). Нагреватель включен пока температура не достигнет значения уставки Тус, нагреватель выключается при температуре выше уставки. Повторное включение нагревателя происходит после уменьшения температуры до значения Тус-Тгс.

Точность регулирования температуры зависит от величины гистерезиса. Чем меньше гистерезис, тем точнее регулирование, но тем чаще включается нагреватель. Уменьшая гистерезис можно повысить качество регулирования до некоторого предела, определяемого параметрами объекта (тепловой инерцией, мощностью нагревателя, тепловой связью нагревателя и объекта). Перед работой с прибором в режиме позиционного регулирования, наладчик должен установить гистерезис регулирования во втором уровне режима настройки. Если в приборе для управления нагревателем имеется релейный выход Р, контакты реле замкнуты при температурах ниже уставки и разомкнуты при повышении уставки (с учетом гистерезиса). Иногда, при построении специальных схем автоматики или при управлении холодильными агрегатами требуется, чтобы контакты реле работали инверсно, то есть замыкались при температуре выше уставки и размыкались при низких температурах. Режим работы реле можно изменить в режиме настройки устанавливая по необходимости обычный или инверсный режим работы реле.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон регулирования обеспечивает значительно более высокую точность поддержания температуры, чем двухпозиционный. В ПИД-регуляторе средняя мощность нагревателя Р плавно изменяется в зависимости от невязки dT = T-Tус -величины отклонения текущей температуры Т от уставки Тус (пропорциональная составляющая), а также в зависимости от среднего значения невязки за некоторый период (интегральная составляющая) и скорости изменения температуры (дифференциальная составляющая). Для того, чтобы достичь высокого качества регулирования температуры необходимо правильно настроить регулятор — задать три коэффициента Кпр, Кин, Кдиф — пропорциональный, интегральный и дифференциальный коэффициент регулирования (ПИД коэффициенты).

Коэффициенты ПИД-регулирования задаются наладчиком оборудования во втором уровне режима настройки. Настройка коэффициентов требует от наладчика опыта, рекомендации по настройке даются в технической литературе. Для облегчения процедуры настройки, прибор Термодат из второго уровня настройки может быть переведен наладчиком в режим специальной индикации выводимой мощности и невязки температуры (отклонение температуры от заданной). В этом режиме в верхней строке индицируется мощность выводимая на нагреватель в процентах от 0 до 100, а в нижней строке — отклонение температуры от уставки. Такой режим удобен только для наладчика, после окончания наладки необходимо выключить режим специальной индикации. ПИД коэффициенты можно изменять, не отключая печи. В многоканальных приборах по каждому каналу задаются свои коэффициенты регулирования. Если объекты регулирования одинаковые, то можно настроить первый канал, а на остальных ввести те же коэффициенты, что и на первом.

Мы рекомендуем следующий порядок настройки

  1. Включите прибор, установите ПИД закон регулирования, задайте тип термопары.
  2. Выберите требуемый канал, установите температуру регулирования близкую к той, при которой будет работать печь. Если в последствии температура регулирования значительно изменится, может понадобиться дополнительная подстройка коэффициентов.
  3. Войдите во второй уровень настройки. Установите дифференциальный коэффициент равный нулю. Если объект не подвергается интенсивным внешним тепловым воздействиям, дифференциальный коэффициент можно будет и впоследствии оставить равным нулю, либо подобрать его в последнюю очередь. Если прибор ранее не настраивался, остальные коэффициенты установятся по умолчанию: пропорциональный =50, интегральный =10.
  4. Переведите прибор в режим специальной индикации. В верхней строке индицируется отклонение температуры от уставки, а в нижней строке мощность выводимая на нагреватель в процентах от 0 до 100.
  5. Наблюдайте за показаниями прибора в процессе разогрева печи. При больших отклонениях температуры от заданной, прибор выводит на нагреватель 100% мощности. По мере приближения температуры к уставке, мощность должна снижаться. Если пропорциональный коэффициент значительно меньше, чем требуется, печь очень долго выходит на режим — увеличьте пропорциональный коэффициент. Если температура объекта раскачивается в большой амплитудой, при приближении к уставке мощность не уменьшается, а при превышении уставки резко уменьшается до нуля — пропорциональный коэффициент следует уменьшить. Если температура объекта не достигает уставки длительное время — следует увеличить интегральный коэффициент. Записывайте в тетрадь коэффициенты и полученный результат, чтобы вернуться к наилучшим параметрам по окончанию экспериментов.
  6. В установившемся режиме наблюдайте за процессом регулирования и подбирайте коэффициенты. Задача заключается в том, чтобы мощность нагрева была практически постоянной во времени, а колебания температуры были минимальными.
  7. Запишите коэффициенты в паспорт прибора, чтобы можно было вернуться к ним в любой ситуации (например в случаях несанкционированного изменения).

Использование дополнительной температурной уставки

Большинство приборов Термодат имеет две температурные уставки для каждого канала измерения или для части каналов. Первая уставка — основная и обозначает температуру регулирования. Вторая уставка является дополнительной, по достижении второй уставки срабатывает дополнительное реле. Вторая уставка задается наладчиком в первом уровне режима настройки. Дополнительная уставка по температуре может быть использована для достижения различных целей — для включения аварийной сигнализации при перегреве, для включения охлаждающего устройства, для повышения точности регулирования или увеличения скорости разогрева печи.

Точность позиционного регулирования можно повысить, используя дополнительный релейный выход, связанный со второй температурной уставкой. В этом случае может быть реализовано двухступенчатое регулирование. При низкой температуре включены два нагревателя, при достижении значения дополнительной уставки Тусд дополнительный нагреватель выключается, дальнейший нагрев и регулирование ведется одним нагревателем, мощность которого подобрана таким образом, чтобы он был включен 60-80% времени. Такая схема включения может быть полезна и для ПИД регулирования, так как позволяет ПИД регулятору работать при оптимальных выводимых мощностях (60-80%), а для быстрого разогрева печи используется первая более мощная ступень. Для реализации двухступенчатого регулирования контакты дополнительного реле Р2 должны быть замкнуты при температуре ниже второй уставки и разомкнуты при температурах выше уставки (с учетом гистерезиса).

Регулирование температуры с использованием охладителя

Второй релейный выход может быть использован для включения вентилятора-охладителя. Метод регулирования с охладителем незаменим в объектах с внутренним саморазогревом, а также в объектах с очень большими характерными временами остывания, хорошо теплоизолированными или слабонагретыми. Для реализации режима регулирования с охладителем контакты реле Р2 должны быть разомкнуты при температурах ниже второй уставки и замкнуты при температурах выше уставки (с учетом гистерезиса).

Сигнализация о перегреве

Второй релейный выход Р2 может быть использован для включения сигнального устройства (звонка, лампочки) для предупреждения о перегреве выше допустимой аварийной температуры, задаваемой второй уставкой.

Трехпозиционное импульсное регулирование

Некоторые модели Термодат выпускаются с трехпозиционным импульсным законом регулирования. В этом случае для регулирования температуры по одному каналу используется два реле (реле Р1 и реле Р2). Режим регулирования именуется трехпозиционным, так как для управления мощностью прибор формирует три команды (три позиции) — увеличить мощность нагрева (включается реле Р1), уменьшить мощность нагрева (включается реле Р2) и нейтральная позиция — оба реле выключены, мощность не изменяется. Для того, чтобы ступенчато изменять мощность используется импульсное управление. Сигналы увеличить/уменьшить мощность нагрева подаются импульсами. Длительность импульса или частота повторения импульсов зависят от величины отклонения температуры от уставки. Минимальное время и время промежутка между управляющими импульсами задаются наладчиком во втором уровне режима настройки.

Если объект регулирования обладает большой тепловой инерцией и хорошо теплоизолирован может быть использован трехпозиционный закон регулирования без импульсного управления. В этом случае реле Р1 используется для формирования команды увеличить температуру, то есть включить нагреватель, а реле Р2 формирует команду снизить температуру, то есть включить охладитель. Третье состояние — оба реле выключены, температура не изменяется.

Законы регулирования

Закон регулирования – это закон изменения управляющего параметра, подаваемого на исполнительный механизм. Закон регулирования определяется характеристиками автоматического регулятора, заложенными в его принцип работы.

Зависимость выходного сигнала Y регулятора от входного Х называется статической характеристикой регулятора Y(X).

Промышленностью выпускаются регуляторы с пятью законами регулирования. Рассмотрим основные типы регуляторов.

Регуляторы с позиционным (релейным) законом регулирования. Структурная схема позиционной САР показана на рис. 6.2. Данные типы регуляторов еще называют Т-регуляторами или компараторами. Они бывают с двухпозиционным и трехпозиционным законом регулирования.

Двухпозиционные имеют дискретную выходную величину Y типа включен/ выключен (например, включение/выключение нагревателя). Т-регулятор включает или выключает выходное реле в зависимости от того, достигла или не достигла регулируемая величина X заданного значения.

Зона нечувствительности d определяет разницу в величине срабатывания при возрастании сигнала Х и его снижении.

Трехпозиционные регуляторы имеют дискретную выходную величину Y с двумя точками переключения типа включено/выключено.

Рисунок 6.2 – Структурная схема позиционной САР: U, d -вектора заданий и зон нечувствительности; X, Y — вектор регулируемой величины и выходной сигнал регулирования.

Для определения возможности применения Т-регулятора необходимо знать инерционность — постоянную времени, и время транспортного запаздывания регулируемого объекта. Двухпозиционное Т-регулирование на примере САР с водяным отоплением при управлении подачи теплоносителя задвижкой иллюстрируется на рис.6.3.

В здание подается то или иное количество теплоты от котельной. Оно регулируется управляемой задвижкой Z. В зависимости от объема помещения V, солнечного тепла и окружающей среды изменяется теплоприток в здание G и температура в здании X. САР должна поддерживать температуру в здании постоянной, заданной в автоматическом регуляторе TR. Пример разгонной характеристики здания приведена на рис.6.4.

Датчик температуры DT подает электрический сигнал в регулятор TR, который сравнивает заданную температуру с действительной в здании. В зависимости от результата сравнения температур подается сигнал на открытие или закрытие заслонки Z.

Если температура в здании меньше заданной, то заслонка открывается и в здание начинает поступать горячая вода. Температура в здании повышается, достигает необходимой величины и автоматический регулятор отключает задвижку. Горячая вода в здание больше не поступает, температура в нем понижается до минимальной величины, включается регулятор, открывается заслонка и т.д.

На вход исполнительного механизма Z подается ступенчатое воздействие Y, в результате чего состояние объекта представляет собой некоторый процесс X(t) – переходную характеристику. Установившееся значение Xy это максимальное значение температуры в помещении, достигаемая при данной мощности котельной.

Рисунок 6.3 – Блок-схема САР с водяным отоплением здания:

G- теплоприток от солнца и окружающей среды; V — объем нагреваемого помещения; B — батареи отопления; DT — датчик температуры; L — расстояние от котельной до здания; TR- автоматический регулятор; Z — исполнительный механизм — управляемая задвижка теплоносителя; X — входной регулируемый параметр — температура в здании; Y — сигнал на исполнительный механизм.

С момента открытия заслонки до момента прихода горячей воды в здание проходит определенное время Tи. Транспортное запаздывание Tи время после включения заслонки, за которое температура в помещении достигнет принятого значения 0,1Ху. Оно определяется временем притока воды в батарею из отопительной сети и временем распространения теплового потока в воздухе помещения.

Для экспоненты (без запаздывания) постоянная времени Ta определяется как время, прошедшее c начала процесса до повышения температуры до величины

Постоянная времени объекта регулирования Ta зависит от объема помещения V. Следовательно, уменьшая длину трубопровода L и приближая датчик DT к батарее B, мы можем снизить соотношение Tи/Tа и упростить задачу регулирования.

Для регуляторов с релейным выходом на объект подается 100% мощности — заслонка открывается полностью.

Исходя из соотношения Tи/Tа и выбирается тип регулятора. Т — регулятор можно применять, если Tи/Tа d,

где: U — задаваемое регулятору значение температуры, которую необходимо поддерживать в помещении, d – порог срабатывания регулятора — минимальное значение колебания температуры, которое он может отслеживать с определенной ошибкой регулирования.

Рисунок 6.4 – Переходные процессы для объектов с различными свойствами: X- входной регулируемый параметр — температура в здании; τ- время процесса; Tи — время транспортного запаздывания; Та — постоянная времени (время согласования); Xy — установившееся значение температуры в помещении.

Алгоритм регулирования для позиционных регуляторов определяется статической характеристикой регулятора – зависимостью выходного сигнала Y от входного Х (рис.6.5).

Процесс регулирования представляет собой колебание вокруг задания U (рис.6.6). Частота и амплитуда определяются величинами Та, R, Tи , d.

Пусть заданное значение температуры, которое необходимо поддерживать в помещении Uз = 18 о С, а порог срабатывания ± 2 С. Тогда процесс регулирования температуры Т — регулятором будет происходить следующим образом.

Пусть первоначально температура в помещении U о C, т.е. меньше, чем заданная Uз = 18 о C. Регулятор TR включен, открыта задвижка Z, в результате чего горячая вода подается в помещение. Через время tо температура начинает повышаться и достигает заданного значения U = 18 о C.

Однако, в силу ее неравномерности по объему помещения, инерционности датчика температуры DT и наличия порога срабатывания, регулятор сработает несколько позднее того времени, когда температура достигнет заданного значения. За это время за счет пришедшего “лишнего тепла” температура в помещении поднимется выше заданной, например до 20 0 С. Этот эффект называется перерегулированием. Регулятор отключается и перекрывает задвижку с теплоносителем. Подача тепла в помещение прекращается.

Рисунок 6.5 – Статическая характеристика двухпозиционного регулятора.

.

Рисунок 6.6 – Процесс регулирования температуры Т-регулятором.

Помещение начинает остывать. Температура после отключения регулятора (закрытия задвижки) начинает падать. Ее падение продолжается до заданного значения 18 о С, и ниже в силу все той же инерционности системы и наличия порога срабатывания. Сработает регулятор только при температуре, например, 16 о С, после чего откроется задвижка и горячая вода вновь начнет поступать в помещение и поднимать температуру

Таким образом, температура в помещении будет колебаться вокруг заданной, но не будет равна ей, т.е. Т — регулятор имеет статическую ошибку.

Для объектов с большой инерционностью Та и с малым запаздыванием Tи регулирование происходит с постоянными колебаниями, доходящими до 5-15% от U. Чем больше d, Та,/ Tи, R, тем больше амплитуда колебаний. Чем больше Та и Tи, тем больше период колебаний.

Подобные регуляторы используются для регулирования температуры воды в баках, в пастеризаторах, для управления нагревом печей хлебозавода, в сушильных камерах, в саунах и других объектах. Позиционные регуляторы практически неприменимы для систем с существенным транспортным запаздыванием Та, > 0,2 tn и для объектов без самовыравнивания, так как регулируемая величина выходит далеко за необходимые пределы регулирования.

Пропорциональные регуляторы. В пропорциональном регуляторе входная (рассогласование)

и выходная величины связаны соотношением

где К — постоянный коэффициент.

Рассмотрим принцип действия пропорционального регулятора для разгонной кривой объекта регулирования 1 (рис.6.7), аналогичной разгонной кривой отопления здания (рис.6.4). Выходная величина регулятора Y, пропорциональная сигналу рассогласования, определяет уровень открытия задвижки — чем больше рассогласование, тем больше открыта заслонка.

При данном законе регулирования значение регулируемой величины Х никогда не достигнет задания U. Всегда имеется статическая ошибка

При постоянном коэффициенте К приближение температуры Х к заданию U постепенно уменьшает подаваемую тепловую мощность Y = К(U-X) — заслонка закрывается. Но теплота, рассеиваемая в окружающую среду, при этом увеличивается, и при Y = Kd наступит равновесие теплопритоков и ошибка d не достигнет 0, т.к. если d будет равно 0, то и выходной сигнал (подаваемая котельной тепловая мощность) будет равен нулю, Y = 0. В результате, чем больше приближается регулируемая величина X к заданию U, тем меньше сигнал Y с САР, и тем меньше под действием окружающей среды стремится регулируемая величина X к заданию U.

Таким образом, на выходе регулятора устанавливается некоторое значение Y = Kd, которое приводит регулируемую величину Х в состояние, отличное от задания U. Чем больше коэффициент К, тем меньше ошибка d.

При больших значениях K резко увеличивается величина X и при значительной величине транспортного запаздывания система переходит в режим автоколебаний (рис.6.6., зависимость 2). При меньшем значении К регулирование происходит без колебаний (рис.6.6., зависимость 3).

При пропорциональном регулировании регулятор реагирует на мгновенное изменение рассогласования. При очень большом коэффициенте усиления К пропорциональный регулятор вырождается в двухпозиционный регулятор. В ряде случаев, при малом транспортном запаздывании, статическая ошибка не превышает необходимую величину, поэтому П-регуляторы находят некоторое применение.

Рисунок 6.7 – Процесс регулирования П – регулятором при скачкообразном изменении задания с 0 до U (разгонная кривая).

Для устранения статической ошибки d при формировании выходной величины Y вводят интегральную (И) составляющую отклонения от задания:

где tn — постоянная интегрирования сигнала; Δtи — время между двумя соседними измерениями;

Σ εi — накопленная между двумя соседними измерениями сумма рассогласований.

Таким образом, чем больше время, в течение которого величина Х меньше задания U, тем больше интегральная составляющая и тем больше выходной сигнал Y. Регулятор с таким законом формирования выходного сигнала называется пропорционально-интегральным ПИ-регулятором.

В установившемся режиме (d = 0) в интеграторе имеется величина Σ εi /tn, содержащая в себе накопленную ошибку регулирования, которая является дополнительным источником, ускоряющим регулятор к достижению заданного значения регулируемой величины.

Для достижения установившегося режима в интеграторе требуется достаточно большее время. Поэтому ПИ-регулятор можно применять в случае, когда и внешние воздействия достаточно медленные. В случае резких изменений внешних и внутренних факторов (например, налили холодной воды в бак или резко изменили задание) ПИ-регулятору требуется время для компенсации этих изменений.

Для ускорения реакции САР на внешние воздействия и изменения в задании в регулятор вводят дифференциальную составляющую (Д):

где td — постоянная дифференцирования сигнала.

Чем быстрее растет Σ, тем больше tdΣi . Регулятор с таким законом управления называется ПИД- регулятором. Дифференциальная составляющая зависит от скорости изменения рассогласования εi /Δtи. Она вызывает реакцию регулятора на резкое изменение регулируемого параметра, возникшее, например, для случая нагрева помещения, в результате открытия дверей и окон при сильном холодном ветре.

Подобрав для конкретного объекта К , tи и td, можно оптимизировать качество работы регулятора: уменьшить время выхода на задание, снизить влияние внешних возмущений, уменьшить отклонение от задания.

При очень большом tи регулятор медленно выводит объект на задание. При малом tи происходит перерегулирование, т.е. регулируемый параметр Х проскакивает задание, а затем сходится к нему.

В реальных системах применяют различные сочетания ПИД — законов регулирования. Отдельно П, И и Д законы применяются достаточно редко. В зависимости от объекта и необходимого качества регулирования возможны сочетания: ПИ, ПД, ДИ, ПИД.

Выбор регулятора для конкретного объекта зависит от его свойств, которые в определяются его динамической характеристикой.

П — регуляторы используются в объектах с небольшим запаздыванием и изменением нагрузки, а также в системах, где допускается статическая ошибка и не используются при циклическом изменении параметров объекта.

И — регуляторы используются для объектов с самовыравниванием и небольшими запаздыванием и изменением нагрузки.

ПИ — регуляторы применяются в объектах с любой ем­костью, с большим запаздыванием, а также при больших и медленных изменениях нагрузки.

ПИД — регуляторы применяются в объектах с любой емкостью, при требуемой малой статической ошибке регулирования и при больших запаздываниях в объекте.

Двухпозиционные релейные регуляторы рекомендуется применять в объектах с большой емкостью.

Измерение температуры: теория и практика

Термопары

Явление термоэлектричества было открыто немецким физиком Т. Зеебеком (T. Seebeck) в 1821 г. и состоит в следующем. Если соединить два проводника (термоэлектрода) из разнородных металлов или сплавов таким образом, чтобы они образовали замкнутую электрическую цепь (рис. 1), и затем поддерживать места контактов (спаи) при различной температуре, то в цепи будет протекать постоянный ток.

Говорят, что термоэлектрод А положителен по отношению к В, если ток течет от А к В в более холодном из двух контактов. Электродвижущая сила, вызывающая этот ток, называется термоЭДС Зеебека и зависит только от материала термоэлектродов и разности температур спаев.

где α — коэффициент пропорциональности (коэффициент Зеебека).

Таким образом, зная температуру одного спая (обычно ее поддерживают постоянной, например, равной 0°С) и измеряя этот ток или напряжение, можно однозначно определить неизвестную температуру другого спая.

Конструкции и материалы для изготовления термопар весьма разнообразны (рис. 2) и определяются физическими и химическими свойствами веществ, температуру которых необходимо измерять. Различают три основных типа термопар (рис. 3): с открытым контактом, с изолированным незаземленным контактом и с заземленным контактом.

Термопары с открытым контактом имеют малую коррозионную стойкость и малую постоянную времени и пригодны для измерения температуры жидкости и газа в потоке, а также твердых тел. Два других типа термопар пригодны для измерений в агрессивных средах. В таблице 2 приводятся основные типы термопар и их параметры в соответствии с международной спецификацией, а в таблице 3 — наиболее распостраненные варианты конструктивного исполнения термопар и области их применения.

Законы регулирования

1. Двухпозиционный закон регулирования – самый простой метод регулирования температуры: нагреватель включен, если текущая температура ниже задания, и отключен, если превышает задание. Для предотвращения «дребезга» вблизи заданного значения устанавливается гистерезис или, иначе, зона нечувствительности. Точность регулирования температуры в какой-то степени зависит от величины гистерезиса, чем он меньше, тем точнее регулирование, но тем чаще включается нагреватель. При управлении объектом по этому закону всегда присутствуют колебания температуры, амплитуда и период которых мало зависят от регулятора, а определяются конструкцией и параметрами объекта.

2. При трехпозиционном законе, позволяющем уменьшить колебания температуры, используется регулирующее устройство в двухпозиционном режиме, компаратор в режиме «0» и, соответственно, два выхода регулятора. Используя прямые и инверсные выходы регулирующего устройства и компаратора, а также различные соотношения между заданиями 1 и 2, можно реализовать много вариантов управления объектами, в том числе двухступенчатое регулирование, совместное использование нагревателей и охладителей и др.

3. ПИД (пропорционально интегрально дифференциальный закон) – закон регулирования обеспечивает значительно более высокую точность поддержания температуры, чем предыдущие. В этом случае регулятор учитывает величину и продолжительность отклонения, а также скорость его изменения. Качество регулирования зависит, прежде всего, от того, насколько оптимально коэффициенты ПИД –закона соответствуют свойствам объекта. Выходной сигнал регулирующего устройства может быть двух видов:

— аналоговый (0…5 мА или 4…20 мА), который подается на исполнительные устройства, имеющие соответствующий вход; как правило эти устройства представляют собой мощные фазоимпульсные модуляторы, позволяющие плавно изменять ток нагрузки;

— широтно-модулированный (ШИМ), при котором мощность, выделяемая нагревателем, пропорциональна Твкл / Тр, где Тр – период регулирования, Твкл – время включения нагрузки (см. рис.). Период регулирования может быть выбран фиксированным или равным С/20, где С – постоянная времени интегрирования ПИД – закона. Фиксированный период регулирования (0,8 сек. при разрешении 1 о С или 1,6 сек. при разрешении 0,1 и 0,01 о С) устанавливается при использовании нагревателей, обладающих небольшой тепловой инерцией. Вид выходного сигнала при ПИД – законе определяется первым параметром меню РЕЖИМ

Ограничение мощности — максимальный уровень мощности, возможный при работе регулятора; выражается в процентах от мощности, выделяемой при постоянно подключенном нагревателе/охладителе. Установка этого параметра меньше 100% применяется для объектов, не допускающих подачу полной мощности.

Коэффициенты ПИД — закона регулирования, к которым относятся диапазон пропорциональности (b) и постоянная времени интегрирования (С) определяют точность выполнения термической программы. Оптимальные значения коэффициентов зависят от конструкции объекта и первичного преобразователя, массы загрузки, рабочей температуры. Чем больше температура, тем меньше должны быть значения b и С при прочих равных условиях. Чем больше загрузка, тем меньше b и больше С, однако, коэффициент С слабо зависит от загрузки. Значения коэффициентов могут быть определены регулятором с помощью режима самонастройки или введены вручную, если они известны. Диапазон коэффициентов, а также шаг установки зависят от выбранной разрешающей способности индикации температуры

Закон регулирования — это зависимость перемещения регулирующего органа от отклонения регулируемой переменной. Качество регулирования обеспечивается выбором закона регулирования. Наибольшее распространение получили следующие пять основных законов регулирования: двухпозиционный, пропорциональный, интегральный, дифференциальный и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД).

Система ручного регулирования уровня Обратите внимание на теорию автоматического регулирования и на приборы для регулирования.

Двухпозиционный закон регулирования — это «Двухпозиционное регулирование», которое называют еще «Старт-стопное регулирование». Чтобы моделировать двухпозиционный режим регулирования, оператор на рисунке выше устанавливал бы регулирующий клапан в одно из двух крайних положений: или полностью открыт, или полностью закрыт, то есть «включено» или «выключено». Так, например, если уровень будет низким, оператор откроет клапан полностью, чтобы вода могла наполнить резервуар. Затем, как только вода достигнет желаемого уровня, оператор полностью закроет клапан, чтобы прекратить приток воды в резервуар.

Чтобы моделировать пропорциональный закон регулирования, оператор непрерывно устанавливал бы регулирующий клапан в положение, отвечающее произошедшему на данный момент изменению уровня. Так, например, если уровень понизился немного, оператор откроет клапан немного; если уровень понизился еще больше, оператор увеличит степень открытия клапана. Наоборот, если уровень несколько повысится, оператор уменьшит степень открытия клапана на соответствующую величину. Таким образом, моделируя пропорциональное регулирование, оператор непрерывно в соответствии с изменением уровня изменяет положение клапана. Регулирование уровня при этом будет выполняться более эффективно, чем при простом открытии и закрытии клапана. Когда изменения уровня прекращаются, оператор прекращает позиционирование клапана.

Так как при пропорциональном регулировании выходной корректирующий сигнал вырабатывается на изменения регулируемой переменной процесса, пропорциональный регулятор не дает выходного управляющего сигнала, если регулируемая переменная процесса не изменяется. Например, когда уровень в резервуаре изменяется, оператор открывает или закрывает клапан пропорционально этим изменениям. Когда изменения уровня прекращаются, оператор останавливает позиционирование клапана. При этом уровень установится на некоторой отметке, но это может не быть заданное значение уровня. Это означает, что при пропорциональном регулировании может быть смещение регулируемой переменной процесса или ошибка регулирования. В определенных системах это вполне приемлемо. Если же смещение регулируемой переменной не допускается, надо применить другой закон регулирования: интегральный, при котором обеспечивается возвращение регулируемой переменной к уставке.

Чтобы моделировать закон интегрального регулирования, оператор продолжает открывать или закрывать клапан так долго пока уровень отклоняется от уставки в независимости от того происходят ли при этом произвольные изменения уровня или не происходят. Так, например, если уровень немного понизился, оператор приоткроет клапан немного. Затем, даже если уровень перестал изменяться, оператор продолжит открывать клапан пока уровень не возвратится к заданному значению (уставке).

Система регулирования уровня с большой емкостью

Рисунок выше иллюстрирует процесс, который может требовать применения другого закона регулирования. Этот процесс — тот же самый процесс поддержания уровня из первого примера, отличающийся лишь тем, что емкость резервуара много больше, в то время как питательная труба остается той же самой. Это означает, что, когда оператор открывает или закрывает клапан как прежде, оказывается меньшее непосредственное влияние на уровень в резервуаре. При увеличения уровня, пропорциональное регулирование могло бы отработать воздействия, направленные на снижение уровня, но действие не было бы достаточно быстрым, чтобы поддерживать уровень внутри желательных ограничений.

Закон дифференциального регулирования используется, чтобы предотвратить чрезмерное отклонение регулируемой переменной от уставки, вырабатывая корректирующее воздействие пропорциональное скорости отклонения. Так, моделируя дифференциальный закон регулирования, оператор изменяет степень открытия регулирующего клапана в соответствии со скоростью возрастания отклонения уровня от уставки. Например, если уровень начал понижаться, оператор быстро увеличит степень открытия приточного клапана (при чем эти изменения положения клапана большие, чем при чисто пропорциональном законе регулирования), чтобы замедлить скорость изменения уровня и, в конечном счете, стабилизировать уровень. Если уровень начал быстро понижаться, оператор должен быстро и значительно открыть клапан, чтобы замедлить скорость падения уровня и потом его стабилизировать.

Последним мы рассмотрим пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования. Чтобы воспроизвести этот закон регулирования, оператор изменяет положение регулирующего клапана в зависимости от величины отклонения, скорости изменения и продолжительности рассогласования. Другими словами, оператор в этом случае объединяет пропорциональный, интегральный и дифференциальный законы регулирования.

В составе структуры САР содержится управляющее устройство, которое называется регулятором и выполняет основные функции управления, путем выработки управляющего воздействия U в зави­симости от ошибки (отклонения), т.е. U = f(D). Закон регули­рования определяет вид этой зависимости без учёта инерционности элементов регулятора. Закон регулирования определяет основные качественные и количественные характеристики систем.

Различают линейные и нелинейные законы регулирования. Кроме того, законы регулирования могут быть реализованы в непрерывном виде или в цифровом. Цифровые законы регулирования реализуются путем построения регуляторов с помощью средств вычислительной техники (микро ЭВМ или микропроцессорных систем).

Рассмотрим основные линейные законы регулирования. Простейшим является пропорциональный закон и регулятор в этом случае называют П- регулятором. При этом U=U0+kD , где U0-посто­янная величина, k — коэффициент пропорциональности. Основным достоинством П — регулятора является простота. По существу, это есть усилитель постоянного тока о коэффициентом усиления k. Недостатки П — регулятора заключаются в невысокой точности регулирования, особенно для объектов с плохими динамическими свойствами.

Интегральный закон регулирования и соответствующий И — регу­лятор реализует следующую зависимость:, где Т -постоянная времени интегрирования.

Техническая реализация И — регулятора представляет собой усилитель постоянного тока с емкостной отрицательной обратной связью. И — регуляторы обеспечивают высокую точность в устано­вившемся режиме. Вместе с тем И — регулятор вызывает уменьшение устойчивости переходного процесса и системы в целом.

Пропорционально-интегральный закон регулирования позволяет объединить положительные свойства пропорционального и интегрального законов регулирования. В этом случае ПИ — регулятор реализу­ет зависимость:

Мощным средством улучшения поведения САР в переходном режиме является введение в закон регулирования производной от ошибки. Часто эта производная вводится в пропорциональный закон регулирования. В этом случае имеем пропорционально-дифференциальный закон регулирования, регулятор является ПD- регулятором, который реализует зависимость:

Кроме ПИ и ПД регуляторов, часто на практике используют ПИД -регуляторы, которые реализуют пропорционально–интегрально- дифференциальный закон регулирования:

Среди нелинейных законов регулирования наиболее распространены релейные законы. Существуют двухпозиционный и трехпозиционный законы регулирования. Аналитически двухпозиционный закон регулирования записывается следующим образом:

Трехпозиционный закон регулирования имеет следующий вид:

Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Закон регулирования

Интегральный закон регулирования [c.133]

Для интегрального способа регулирования соответствующий закон регулирования [c.133]

Задачей регуляторов является стабилизация технологического процесса или противодействие возмущениям путем внесения восстанавливающего воздействия. Обычно в регуляторах используются порознь или вместе три закона регулирования пропорциональный, дифференциальный и интегральный. [c.126]

Определить необходимые законы регулирования и настройки регуляторов, чтобы получить оптимальное качество регулирования для каждой переменной. [c.95]

Мы уже обсудили пункты 1, 2 и 4. Теперь рассмотрим, как определить нужный закон регулирования и наилучший процесс регулирования при возмущениях для частного объекта и его системы регулирования. [c.95]

Если требуется более точное регулирование, вместо алгебраической системы можно пользоваться системой дифференциальных уравнений изменения законов регулирования (дифференциального или интегрального) могут быть выполнены путем изменения коэффициентов. [c.119]

Применяя пропорциональный закон регулирования, нельзя полностью скорректировать расхождение в скоростях отбора, поскольку величина АО всегда содержит некоторую постоянную ошибку. При слишком малом значении константы пропорциональности К чрезмерно увеличивается статическая погрешность очень большое значение К приводит к неустойчивости или значительному перерегулированию переменной. Оптимальная коррекция в контуре регулирования получается при некоторой определенной величине К или в небольшой области ее значений. [c.127]

Входные и выходные данные о состоянии процесса (давление, температура, состав газа и т.д) непрерывно через контроллер поступают для обработки в ЭВМ, где происходит их накопление и создание базы данных. Далее созданный массив данных проходит статистическую обработку и анализ с целью выявления возможных закономерностей процесса. После этого создаётся эмпирическая регрессионная модель процесса. Выбранная модель проверяется на достоверность с помощью нескольких критериев оптимальности. На основе этой модели создаётся алгоритм управления процессом с использованием стандартных законов регулирования. Основной критерий регулирования — поддержание постоянным соотношения HiS к SO2. При возникновении нештатной ситуации для ее анапиза и выдачи рекомендаций применяется полная математическая модель процесса. [c.224]

Если использовать для теоретического корректирующего действия все три закона регулирования, уравнения (Х,12) — (Х,14) можно соединить в одно выражение, которое в обозначениях операционного исчисления имеет вид [c.128]

Не следует, однако, считать указанные рекомендации пригодными для всех типов и конструкций абсорберов. Как уже подчеркивалось, единственной основой для правильного выбора типа САР, закона регулирования и расчета настройки регуляторов [c.711]

Вместе с тем изменение ассортимента продукции обусловливает необходимость существенных изменений методов и алгоритмов управления. Очевидно, что реализация других технологических процессов может потребовать изменения параметров настройки автоматических регуляторов законов регулирования алгоритмов управления последовательностью смены функциональных состояний и интерактивными режимами работы технологических аппаратов, расчетов материальных и энергетических балансов, составов сырья, расписания функционирования систем, размещения новых процессов на действующем оборудовании и т. п. [c.52]

Модификации типового ПИД закона регулирования, в частности ПИ-Д регулятор широко используются в совре.менных контроллерах. [c.220]

Это объясняется как относительной простотой законов регулирования, так и сравнительно низкой стоимостью микро-ЭВМ. Кроме того, часто гибкие технологические системы формируются на основе блочно-модульного оборудования, в котором аппаратурный модуль 1-ли блок представляют собой относительно самостоятельную технологическую систему с собственными объектами, целями и задачами управления, которые могут быть осуществлены использованием микро-ЭВМ и микроконтроллеров. [c.270]

Процедура обеспечивает типовые непрерывные законы регулирования П, П14, ПИД, т. е, вырабатывает управляющее воздействие на объект в соответствии со следующим алгоритмом [c.275]

Для эффективного регулирования по температуре атмосферного воздуха необходимо знать закон или характеристики регулирования Fp = f(ty) 1/b = /(/i). Закон регулирования определяют из аналитических расчетов или экспериментально. [c.120]

Подробно принципы выбора типа регулятора, закона регулирования и расчета настройки изложены в литературе [14, 22—24]. [c.707]

Аналитический расчет закона регулирования обычно не отличается достаточным приближением к реальным условиям эксплуатации, так как не учитывает фактического состояния теплообменного оборудования. Экспери-ментальный метод учитывает множество факторов эксплуатации закон регулирования можно получить только в результате круглогодичного контроля работы оборудования в широком ин- [c.121]

Лекция 6. Законы регулирования. Классификация регуляторов. Свойства регуляторов. [c.286]

Для устранения (уменьшения) влияния положительной обратной связи очень важно, измеряется ли ее выходной сигнал. Если сигнал не измеряется, то устранить это влияние невозможно, можно лишь уменьшить его, например, введением производной в закон регулирования [35]. Если же сигнал измеряется, то влияние положительной обратной связи можно скомпенсировать. [c.59]

Наиболее важными контурами регулирования являются регулирование pH среды — обычно стабилизация, отвечающая требованиям необходимой точности, посредством подачи щелочи. Закон регулирования может быть любым и формируется в соответствии с разработанным математическим обеспечением, заложенным в ЭВМ. [c.268]

Исследование устойчивости САР рассмотрено в специальной литературе [1—7]. Если система неустойчива, для ее стабилизации применяют успокоители (демпферы, катаракты), дополнительные обратные связи, введение в закон регулирования производных или интегралов [1, 3, 4, 71. [c.704]

Выбор закона регулирования можно производить при помощи рис. 221 в зависимости от совокупности значений трех безразмерных параметров [5] [c.707]

В пространстве этих безразмерных параметров могут быть выделены границы применимости законов регулирования. На рисунке обозначено П—пропорциональное, или статическое регулирование (по отклонению регулируемой величины) И—интегральное, или астатическое, регулирование (по интегралу отклонения регулируемой величины) [c.707]

Между регулирующим воздействием и отклонением регулируемой величины от заданного значения существует зависимость, определяемая законом регулирования. [c.253]

Пропорциональный закон регулирования, при котором регулирующее воздействие, сформированное регулятором, пропорционально рассогласованию е блок-схема идеального пропорционального регулятора представлена на рис. Х1-6. [c.253]

Комбинированный пропорционально-интегральный закон регулирования блок-схема модели идеального ПИ-регулятора представлена на рис. Х1-8. [c.253]

Константа 1/Т , входящая в интегральную составляющую, имеет размерность 1/сек. Ее величина характеризует время, в течение которого происходит автоматическая перестановка регулирующего органа из одного крайнего положения в другое за счет интегральной составляющей регулирующего воздействия. Интегральная составляющая в этих регуляторах зависит еще и от величины коэффициента усиления кр, в то время как пропорциональная составляющая не зависит от величины 1/Т . Вводя интегральную составляющую в закон регулирования, можно свести к нулю рассогласование между заданным и текущим значением регулируемой величины. [c.253]

Сравнительно редко применяется дифференциальный закон регулирования, который учитывает скорость изменения регулируемой величины. Другими словами, выходной сигнал регулятора пропорционален скорости изменения рассогласования [c.253]

В чистом виде такой закон регулирования реализовать трудно, так как обычно на среднюю величину рассогласования накладываются высокочастотные сигналы помех, которые значительно усиливаются и искажают выходной сигнал. Поэтому в промышленных регуляторах осуш ествляется ограниченное или затухающее воздействие по производной, при котором предварительно отфильтровываются высокочастотные сигналы помех. Передаточная функция такого регулятора представлена на рис. Х1-9. [c.254]

Для нахождения закона регулирования, удовлетворяющего этим технологическим требованиям, система может быть исследована методом математического моделирования на вычислительной машине. [c.258]

Закон регулирования. Выявленные регулируемые величины тт регулирующие воздействия позволяют перейти к выбору необходимых средств автоматического регулирования, т. е. к выбору закона регулирования й, соответственно, тина регулятора и его настроек. [c.33]

Закон регулирования, по которому работает регулятор, представляется в виде так называемого уравнения регулятора, выражающего связь во времени между отклонением регулируемой величины от заданного значения у (входная величина регулятора и выходная объекта) и перемещением регулирующего органа X (выходная величина регулятора и входная объекта), которым данный регулятор управляет. [c.33]

Затем производится выбор закона регулирования. В случае постоянства регулирующего воздействия определяется признак галичия ограничения на его величину и ири наличии этого ограничения проверяется условие попадания его в заданный диапазон, в противном случае сформированное управляющее зоздействие передается на регулирующий орган. [c.278]

Вновь определяется признак закона регулирования если еализуется ПИ-регулятор, то определяется признак наличия ограничения на величину регулирующего воздействия в противном случае вычисляется дифференциальная составляющая ПИД-закона регулирования [c.278]

Определяется призпак закона регулирования. Если реализуется ПИД-регулятор, то определяется признак наличия ограничения на величину регулирующего воздействия. Если ограничения нет, то вычисляются параметры настройки сложной системы регулирования (например, многоконтурной, адаптивной, импульсной). Предварительно должно быть разработано мате- [c.278]

Рабочий цикл технологического аппарата периодического действия представлен упорядоченной последовательностью выполняемых в нем технологических и организационных операций. Нацример, рабочий цикл реактора может состоять из загрузки реагента, нагревания содержимого реактора, выдержки реакционной массы при фиксированной температуре (либо в течение заданного интервала времени, либо до положительного результата лабораторного анализа), охлаждения содержимого до определенной температуры и его выгрузки. Некоторые операции могут быть регулируемыми, например часто требуется нагреть или охладить массу за минимально возможное гремя, а во время выдержки массы требуется стабилизировать температуру. Поэтому в пределах каждой операции реализуется свой закон регулирования, например управление процессом нагревания и охлаждения реакционной массы осуществляется по двухпозиционному закону, причем моменты переключения рассчитываются на основе принципа максимума Понтрягинг для залачи о быстродействии. [c.279]

Температуру в реакторе обычно стабилизируют, используя стандартные ПИ- и ПИД-законы регулирования. В обеих операциях регулирующим воздействием является расход греюидего пара. Однако кроме регулирования режимных параметров ЭВМ должна обеспечить требуемую последовательность технологических операций переключением соответствующих клапанов либо после достижения режимным параметром требуемого значения, либо после истечения заданного интервала времени [32 . [c.279]

Диаграмма связи управляющего элемента определяется его конкретной конструкцией. Например, динамика управляющего элемента типа сопло — заслонка описывается двухсвязным I-элементом, показанным на рис. 3.54. В то же время управляющие элементы, различные по своей физической реализации, могут осуществлять один и тот же закон регулирования. Для топологического отображения типового регулятора в форме, инвариантной к конструктивным особенностям его управляющего элемента, выделим три типа законов регулирования, реализуемых управляющими элементами пропорциональный, интегральный и дифференциальный. Каждому типу закона регулирования поставим в соответствие определенный диаграммный элемент с псевдоэнерге-тической связью, введенной выше [c.271]

При синтезе АСР верха колонны с аппаратом С настройки Рег1 и Рег2 определялись поисковым методом. Для Регз принимался пропорциональный закон регулирования. В процессе синтеза АСР коэффициенту усиления Регз придавался ряд постоянных значений. Результаты синтеза системы регулирования верха ректификационной колонны с двумя типами дефлегматоров представлены в табл. 4.15. Здесь 5 , 8о параметры настроек ПИ-регуляторов с передаточными функциями (515 + 5о)/5, соответственно, для [c.199]

Для выбора закона регулирования необходимо знать динамические характеристики объекта (т/Т, т, Т, к) и диапазоны изменения возмущающих воздействий. Последнее оценивается величиной m x /x f , где х м и изменение регулируемой величи- [c.706]

Смотреть страницы где упоминается термин Закон регулирования: [c.130] [c.84] [c.267] [c.268] [c.278] [c.279] [c.82] [c.712] Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем (1987) — [ c.12 ]

Методы кибернетики в химии и химической технологии 1968 (1968) — [ c.34 , c.35 , c.47 ]

Методы кибернетики в химии и химической технологии Издание 3 1976 (1976) — [ c.76 , c.77 ]

Автоматизация холодильных машин и установок (1973) — [ c.9 ]

Смотрите еще:

  • Кому принадлежит опек Этой страницы нет на нашем сайте Ссылка по которой вы пришли, неверна или страница была удалена со времени Вашего последнего посещения. При полном или частичном использовании материалов ссылка на ИноСМИ.Ru обязательна (в интернете — […]
  • Почвообрабатывающая машина патент Комбинированная почвообрабатывающая машина Владельцы патента RU 2248684: Изобретение предназначено для обработки почвы при возделывании сельскохозяйственных культур и может быть использовано в сельскохозяйственном машиностроении. […]
  • Сколько стаж работы надо Стаж работы для начисления пенсии по старости Для того, чтобы получать пенсию по старости, необходимо иметь минимальный стаж работы. Если такого стажа нет, то гражданин будет получать социальную пенсию. Пенсия по старости, как сказано в […]
  • Страховка органов Страхование военнослужащих внутренних войск МВД России и сотрудников органов внутренних дел Российской Федерации ООО СК «ВТБ Страхование» были заключены государственные контракты: с МВД России № 31/25 ГК от 26.03.2012 года и № 31/28 ГК […]
  • Законы о дтп 2018 Новый закон об ОСАГО в 2018 году Готовит ли государство новый закон об ОСАГО в 2018 году? Замена выплат по ОСАГО направлением на ремонт и его оплатой за счет страховой организации уже осуществлена. Применяется такой способ компенсации […]
  • Пенсии с 01 января 2018 года Повышение пенсии с 1 января 2018 года и на сколько, последние новости: индексация пенсий в России пройдет в три этапа Повышение пенсии в 2018 году пенсионерам по старости, последние новости: СМИ выяснили, как пройдет индексация […]
  • Ханты мансийск опека и попечительство Управление опеки и попечительства 07.05.2014 отчеты опекунов (попечителей) несовершеннолетних и совершеннолетних граждан Управление опеки и попечительства Администрации города Ханты-Мансийска напоминает опекунам (попечителям) […]
  • Заявление о подключении к газовым сетям Технологическое присоединение, объектов капитального строительства к сетям газораспределения Для удобства потребителей услуг по газификации объектов изменен график работы службы «Единое Окно». С 01 февраля 2016 года обслуживание клиентов […]