Основы автоматического регулирования
ТИПЫ РЕГУЛЯТОРОВ. ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
3.2 Трехпозиционные регуляторы

 

3.2.1 Назначение. Принцип работы

Трехпозиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием. Трехпозиционные регуляторы используются для управления переключательными элементами - дискретными исполнительными устройствами:

  • электромеханическими реле,
  • контакторами,
  • транзисторными ключами,
  • симисторными или тиристорными устройствами,
  • твердотельными реле и др.

     Трехпозиционныерегуляторы используются для систем управления уровнем различных веществ, для систем управления нагреванием-охлаждением различных тепловых процессов, холодильных установок, регулирования микроклимата подогревателем и вентилятором, для систем распределения и смешивания различных потоков веществ с помощью трехходовых клапанов, кранов,смесителей, реверсивных электродвигателей, сервоприводов и др. Трехпозиционный регулятор включает при помощи переключательных элементов электродвигатель исполнительного механизма направое вращение (например, открытие регулирующего органа), остановку или левое вращение (соответственно - закрытие регулирующего органа), три позиции (отсюда и название регулятора - трехпозиционный) - электродвигатель включен на правое вращение, полностью остановлен или включен на левое вращение.

       Принцип работы трехпозиционного регулятора рассмотрим на емкости с водой, с постоянно работающим насосом подкачки - см. рис.3.10.

  • Для измерения уровня в емкости установлен датчик уровня. На линии подкачки после насосаустановлен регулирующий клапан с электроприводом. При заданном уровне SP - «норма» - клапан находится в некотором промежуточном положении.
  • При уменьшении уровня ниже уставки SPL «нижний уровень» включится электродвигатель сигналом Б (больше), открывая клапан.
  • При восстановлении уровня электродвигатель клапана остановится (снятием сигнала Б) - уровень будет находиться в зоне SP «норма».
  • Если уровень повысится выше уставки SPH «верхний уровень», то клапан закроется,отключится электродвигатель сигналом М (меньше).

 

АР – трехпозиционный регулятор

ИМ – исполнительный механизм

LE – датчик уровня

SP – заданное значение

SPH – заданное значение верхнего уровня

SPL – заданное значение нижнего уровня

DB –зона нечувствительности регулятора

М – сигнал регулятора «меньше»

Б – сигнал регулятора «больше»

Рисунок 3.10 - Схема управления регулятором уровня в емкости

       Регулятор работает по принципу SPL «нижний уровень» - SP «норма» (средний уровень) - SPH «верхний уровень». Величина ширины зоны нечувствительности (мертвой зоны) DB (зона «норма») - является программируемым параметром настройки трехпозиционного регулятора (см. рис. 3.10). Увеличение ширины зоны нечувствительности DB уменьшается точность регулирования и может привести к тому, что в процессе работы САР регулирующий орган будет без остановки перемещатьсяот одного крайнего положения к другому, т.е., не будет отличаться от двухпозиционного регулятора. К такому же результату приводит значительное увеличение скорости регулирующего органа.

     Диапазон нечувствительности (мертвая зона) DB устанавливается с центром в заданной точке. Варианы представления зоны нечувствительности (DB):

  • полное значение зоны нечувствительности (см. рис.3.10),
  • половинное значение зоны нечувствительности (см. рис.3.12).

Структурная схема трехпозиционной системы регулирования приведена нарис. 3.11.

Рисунок 3.11 - Структурная схема трехпозиционной системы регулирования

где: АР – трехпозиционный регулятор, ОУ – обьект управления, SP – узел формирования заданной точки (задания), Е – рассогласование регулятора, PV=X – регулируемая величина, сигналы Б (больше) и М (меньше) – управляющие воздействия, Z – возмущающее воздействие. Для предотвращения «дребезга» управляющего выходного устройства (например, реле) и исполнительного механизма вблизи точки его включения (слишком частого включения), предусматривается гистерезис Н (см. раздел 3.2.3).

3.2.2 Алгоритмы трехпозиционного регулирования

       Алгоритм трехпозиционных регуляторов определяется статической характеристикой: зависимостью выходных сигналов YМ (меньше) и YБ (больше) от входного Х (см. рис. 3.12).

Рисунок 3.12 - Статические характеристики трехпозиционной системы регулирования

     На рисунке 3.12-а представлена статическая характеристика трехпозиционной системы регулирования при обратном направлении регулирования. Зона регулирования без перекрытия. На рисунке 3.12-б представлена статическая характеристика трехпозиционной системы регулирования при прямом направлении регулирования. Зона регулирования с перекрытием. Выбор направления регулирования осуществляется в различных микропроцессорных регуляторах по разному (см. руководство по эксплуатации на соответствующую модель регулятора):

  • с помощью параметра «прямое-обратное регулирование»,
  •  с помощью знака параметра «зона нечувствительности регулятора». При задании положительного значения параметра обеспечивается зона регулирования без перекрытия, при задании отрицательного значения - обеспечивается зона регулирования с перекрытием.

          Алгоритм трехпозиционных регуляторов при обратном направлении регулирования (см. рис.3.12-а) выглядит следующим образом: Выходная величина YБ равна максимальному воздействию - нагреватель включен:

  • YБ = max при X<SP-DB, где DB-значение ширины зоны нечувствительности. Выходная величина YБ равна минимальному воздействию - нагреватель выключен:
  • YБ = 0 при X>SP-DB+Н, где Н-значение гистерезиса.

   Выходная величина YМ равна максимальному воздействию - охладитель включен:

  • YМ = max при X>SP+DB, где DB-значение ширины зоны нечувствительности.

Выходная величина YМ равна минимальному воздействию - охладитель выключен:

  • YМ = 0 при X<SP+DB-Н, где Н-значение гистерезиса.

  Back      House      Forward