Основы автоматического регулирования
ТИПЫ РЕГУЛЯТОРОВ. ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

3.3 Многопозиционные регуляторы

        Многопозиционные регуляторы применяют:

• для повышения точности регулирования,
• для увеличения реакции системы регулирования и уменьшения времени регулирования,
• для улучшения показателей качества регулирования.

3.3.1 Назначение. Принцип работы

       Многопозиционные регуляторы обеспечивают хорошее качество регулирования для инерционных объектов с малым запаздыванием. Данный тип регуляторов используется для управления переключательными элементами - дискретными исполнительными устройствами: электромеханическими реле, контакторами, транзисторными ключами, симисторными или тиристорными устройствами, твердотельными реле и др., а также трехходовыми клапанами, кранами, смесителями, реверсивными электродвигателями, сервоприводами. Многопозиционные регуляторы могут управлять одновременно несколькими нагрузками, например, группа ТЭНов, вентиляторы, заслонки и пр. Многопозиционный регулятор работает как многопозиционный переключатель. Например, температура в камере регулируется двумя ТЭНами – одним большой мощности для быстрого выхода на температурный режим камеры, другим – менее мощным – для поддержания температуры в камере, а для понижения температуры (охлаждения) используется вентилятор. Пример структурной схемы многопозиционной системы регулирования приведен на рис. 3.15.

Рисунок 3.15 - Структурная схема многопозиционной системы регулирования

где:

АР – многопозиционный регулятор,

ОУ – обьект управления,

SP – узел формирования заданной точки (задания),

Е – рассогласование регулятора,

PV=X – регулируемая величина, сигналы Y1 (управление ТЭНом большой мощности),

Y2 (управление ТЭНом малой мощности),

Y3 (управление вентилятором) – управляющие воздействия,

Z – возмущающее воздействие.

3.3.2 Алгоритм многопозиционного регулирования

     Алгоритм многопозиционных регуляторов определяется статической характеристикой: зависимостью выходных сигналов Yi от входного Х. На рисунке 3.16 представлена, в качестве примера, статическая характеристика многопозиционной системы регулирования.

Рисунок 3.16 - Статическая характеристика многопозиционной системы регулирования

       Логика работы многопозиционного регулятора может быть представлена:

• графически, в виде статической характеристики (например, см. рис. 3.16),
• в виде таблицы состояний (см. таблицу 3.1 для примера на рис.3.16).

Таблица 3.1 - Логика работы многопозиционного регулятора

Таблица состояний состоит из нескольких столбцов: Х (PV) - области регулируемого параметра Х, столбцов Y1-Y3 - старого и нового состояния выходных сигналов САР. В таблице состояний, в качестве примера, указана логика работы двухпозиционного регулятора при обратном типе направления регулирования. В качестве логики работы выходных устройств может быть использована различная логика работы двухпозиционных и/или трехпозиционных законов регулирования, а также различные направления регулирования. Наибольший эффект использования таблицы состояний достигается при проектировании и программировании очень сложных алгоритмов регулирования.

3.3.3 Зона гистерезиса

         Ширина зоны гистерезиса в многопозиционных регуляторах является программируемым параметром настройки. Представление зоны гистерезиса описывается в руководстве по эксплуатации на соответствующий тип регулятора или систему регулирования. Более подробно описание представления зоны гистерезиса изложено в разделе 3.1.3.

3.3.4 Процессы регулирования с многопозиционным законом

             Процесс регулирования (идеализированный) с многопозиционным законом представлен на рис.3.17. Процесс многопозиционного регулирования, как и всех позиционных (релейных) законов регулирования, является автоколебательным - регулируемая величина PV как в переходном, так и в установившемся режиме периодически изменяется относительно заданного значения SP (см. рис. 3.17), т.е. регулируемая величина PV (X) подвержена незатухающим колебаниям. Показателями автоколебательного режима являются амплитуда автоколебаний Ак и период автоколебаний Тк.

Рисунок 3.17 - Переходная характеристика многопозиционного процесса регулирования

По сравнению с двухпозиционными регуляторами многопозиционные регуляторы имеют большую точность регулирования, большую реакцию системы регулирования, меньшее время регулирования, а также улучшенные показатели качества регулирования.

3.3.5 Параметры настройки многопозиционных регуляторов

1. Уставка срабатывания выходного устройства одной или нескольких зон регулирования.
2. Ширина зоны гистерезиса.
3. Логика работы регулятора в каждой зоне в отдельности. Используя возможность программирования различных параметров позволяет создать большое количество разнообразных многопозиционных систем регулирования.

3.3.6 Проектирование многопозиционных микропроцессорных систем
управления на базе регуляторов предприятия МИКРОЛ:

         Преимущества многопозиционных систем управления, реализованных на двухпозиционных и трехпозиционных микропроцессорных регуляторов предприятия МИКРОЛ представлены в разделе 3.1.6.