Ohjausmenetelmät automaatiojärjestelmissä

V automaatiojärjestelmät Käytetään kolmea valvontamenetelmää:

1) poikkeamalla säädetystä arvosta,

2) häiriön vuoksi (kuormituksen vuoksi),

3) yhdistettynä.

Säätömenetelmä ohjatun suuren poikkeamalla Tarkastellaanpa esimerkkiä tasavirtamoottorin nopeudensäätöjärjestelmästä (kuva 1).

Moottori D kokee käytön aikana säätökohteena erilaisia ​​häiriöitä (muutoksia moottorin akselin kuormituksessa, syöttöverkon jännite, generaattorin D ankkuria käyttävän moottorin nopeus, muutoksia ympäristössä lämpötila, mikä puolestaan ​​johtaa käämien vastuksen ja siten virtojen muutokseen jne.).

Kaikki nämä häiriöt aiheuttavat moottorin nopeuden D poikkeamisen, mikä aiheuttaa muutoksen e. jne. v. takogeneraattori TG. Reostaatti P sisältyy takogeneraattorin TG1 piiriin... Reostaatin P1 ottama jännite U0 sisältyy TG-takogeneraattorin jännitettä vastaan. Tämä johtaa jännite-eroon e = U0 — Utg, joka syötetään vahvistimen Y kautta moottorille DP, joka liikuttaa reostaatin P liukusäädintä.Jännite U0 vastaa säädettävän suuren asetettua arvoa — pyörimistaajuus ωО ja takogeneraattorin jännite Utg — pyörimisnopeuden nykyistä arvoa.

Riisi. 1. Kaaviokaaviot suljetun silmukan tasavirtamoottorin nopeudensäädölle: R — reostaatti, OVG — generaattorin herätekela, G — generaattori, OVD — moottorin herätekela, D — moottori, TG — takogeneraattori, DP — reostaattiliukumoottori, U — vahvistin.

Jos näiden arvojen välinen ero (poikkeama) ylittää häiriöiden vaikutuksesta ennalta määrätyn rajan, säädin saa referenssitoimenpiteen generaattorin viritysvirran muutoksen muodossa, mikä aiheuttaa tämän poikkeaman. vähentää. Yleinen poikkeutusjärjestelmä on esitetty kuvan 1 kaaviossa. 2, a.

Riisi. 2... Sääntelymenetelmien kaaviot: a — poikkeamalla, b — häiriöllä, c — yhdistetty, P — säätelijä, RO — sääntelyelin, TAI — säätelyn kohde, ES — vertailuelementti, x(T) on asetus, Z1 (t) ja Z2 (t) — sisäiset säätelyvaikutukset, (T) — säädettävä arvo, F(T) on häiritsevä vaikutus.

Säädettävän suuren poikkeama aktivoi säätimen, tämä toiminta on aina suunnattu siten, että poikkeama pienenee. Arvojen eron saamiseksi ε(t) = x(t) — y (f) järjestelmään lisätään vertailuelementti ES.

Säätimen toiminta poikkeamien ohjauksessa tapahtuu riippumatta säädettävän muuttujan muutoksen syystä. Tämä on epäilemättä tämän menetelmän suuri etu.

Häiriönhallintamenetelmä eli häiriön kompensointi perustuu siihen, että järjestelmässä käytetään laitteita, jotka kompensoivat häiriövaikutuksen muutosten vaikutusta.

Riisi. 3... Kaavio DC-generaattorin jännitteen säädöstä: G — generaattori, ОВ1 ja ОВ2 — generaattorin virityskelat, Rн — kuormitusvastus, F1 ja F.2 — virityskäämien magnetomotoriset voimat, Rsh — vastus.

Esimerkkinä tarkastellaan tasavirtageneraattorin toimintaa (kuva 3). Generaattorissa on kaksi herätekäämiä: OB1 kytketty rinnan ankkuripiirin kanssa ja OB2 kytketty resistanssiin Ri... Kenttäkäämit on kytketty siten, että niiden ppm. F1 ja F.2 lisätään. Generaattorin liittimen jännite riippuu kokonaisarvosta ppm. F = F1 + F2.

Kun kuormitusvirta Az kasvaa (kuormitusvastus Rn pienenee), generaattorin jännitteen UG olisi pitänyt laskea generaattorin ankkurin jännitehäviön lisääntymisen vuoksi, mutta tämä ei tapahdu, koska ppm. F2-virityskela OB2 kasvaa, kun se on verrannollinen kuormitusvirtaan Az.

Tämä johtaa kokonais-ppm:n kasvuun ja vastaavasti generaattorin jännitteen tasaamiseen. Tämä kompensoi jännitteen pudotusta kuormitusvirran muuttuessa - generaattorin päähäiriö. Resistance RNS tässä tapauksessa se on laite, jonka avulla voit mitata häiriötä — kuormitusta.

Yleisessä tapauksessa kaavio häiriökompensointimenetelmällä toimivasta järjestelmästä on esitetty kuvassa. 2, b.

Ahdistuneet vaikutukset voivat johtua useista syistä, joten niitä voi olla useampi kuin yksi.Tämä vaikeuttaa automaattisen ohjausjärjestelmän toiminnan analysointia. Yleensä rajoitutaan tarkastelemaan perimmäisistä syistä johtuvia häiriöitä, kuten kuormituksen muutoksia. Tässä tapauksessa säätöä kutsutaan kuorman säätelyksi.

Yhdistetty säätelymenetelmä (katso kuva 2, c) yhdistää kaksi aikaisempaa menetelmää: poikkeamalla ja raivolla. Sitä käytetään monimutkaisten automaatiojärjestelmien rakentamisessa, joissa vaaditaan korkealaatuista sääntelyä.

Kuten kuvasta fig. 2, kussakin säätömenetelmässä jokainen automaattinen säätöjärjestelmä koostuu säädettävistä (säätökohde) ja säätöosista (säädin). Säätimessä tulee kaikissa tapauksissa olla herkkä elementti, joka mittaa säädettävän suuren poikkeamaa määrätystä arvosta, sekä säätöelin, joka varmistaa säädettävän muuttujan asetusarvon palautumisen sen poikkeaman jälkeen.

Jos järjestelmässä säädin saa vaikutuksen suoraan anturielementiltä ja se aktivoituu, niin tällaista ohjausjärjestelmää kutsutaan suorasäätöjärjestelmäksi ja säädintä suoravaikutteiseksi säätimeksi.

Suoravaikutteisissa säätimissä anturielementin on kehitettävä riittävästi tehoa säätöelimen asennon muuttamiseksi. Tämä seikka rajoittaa suoran sääntelyn soveltamisalaa, koska niillä on taipumus tehdä herkästä elementistä pieneksi, mikä puolestaan ​​vaikeuttaa riittävien ponnistelujen saamista sääntelyelimen liikuttamiseen.

Tehovahvistimia käytetään lisäämään mittauselementin herkkyyttä ja saamaan riittävästi tehoa säätörungon liikuttamiseen. Tehovahvistimen kanssa toimivaa säädintä kutsutaan epäsuoraksi säätimeksi ja järjestelmää kokonaisuudessaan epäsuoraksi säätöjärjestelmäksi.

Epäsuorassa ohjausjärjestelmässä apumekanismeja käytetään säätelyelimen liikuttamiseen ulkoisesta energialähteestä tai ohjattavan kohteen energian vaikutuksesta. Tässä tapauksessa herkkä elementti vaikuttaa vain apumekanismin ohjauselementtiin.

Automaatioohjausmenetelmien luokittelu ohjaustoimenpiteiden tyypin mukaan

Ohjausjärjestelmä generoi ohjaussignaalin referenssimuuttujan ja säädettävän muuttujan todellista arvoa mittaavan anturin signaalin perusteella. Vastaanotettu ohjaussignaali syötetään säätimeen, joka muuntaa sen taajuusmuuttajan ohjaustoiminnoksi.

Toimilaite pakottaa kohteen säätökappaleen sellaiseen asentoon, että ohjattu arvo pyrkii asetettuun arvoon. Järjestelmän toiminnan aikana säädettävän suuren nykyarvoa mitataan jatkuvasti, joten myös ohjaussignaalia syntyy jatkuvasti.

Taajuusmuuttajan säätötoiminta voi kuitenkin säätimen laitteesta riippuen olla jatkuvaa tai ajoittaista. Kuvassa Kuviossa 4 a esittää säädetyn arvon y poikkeamakäyrää Δu ajallisesti asetetusta arvosta y0, samalla kun kuvan alaosassa on esitetty, kuinka ohjaustoimintoa Z on jatkuvasti muutettava.Se on lineaarisesti riippuvainen ohjaussignaalista ja osuu sen kanssa samaan vaiheeseen.

Riisi. 4. Kaaviot pääasiallisista säätelyvaikutuksista: a — jatkuva, b, c — jaksollinen, d — rele.

Sellaisen vaikutuksen aikaansaavia säätimiä kutsutaan jatkuviksi säätimiksi, ja itse säätö on jatkuva säätö... Tälle periaatteelle rakennetut säätimet toimivat vain silloin, kun on ohjaustoiminto, eli kunnes todellisen ja määrätyn välillä on poikkeama ohjatun muuttujan arvo.

Jos automaatiojärjestelmän toiminnan aikana ohjaustoiminta jatkuvalla ohjaussignaalilla keskeytyy tietyin väliajoin tai toimitetaan erillisinä pulsseina, tällä periaatteella toimivia säätimiä kutsutaan jaksollisiksi säätimiksi (askel tai pulssi). Periaatteessa on kaksi mahdollista tapaa muodostaa määräaikainen ohjaustoiminto.

Kuvassa Kuvat 4, b ja c esittävät jaksoittaisen ohjaustoiminnon käyriä jatkuvalla poikkeamalla Δ säädetystä arvosta.

Ensimmäisessä tapauksessa ohjaustoimintoa edustavat erilliset samanpituiset Δt pulssit, joita seuraa yhtäläisin aikavälein T1 = t2 = t, tässä tapauksessa pulssien suuruus Z = e(t) on verrannollinen pulssin arvoon. ohjaussignaali ohjaustoiminnon muodostumishetkellä.

Toisessa tapauksessa kaikilla pulsseilla on sama arvo Z = e(t) ja ne seuraavat säännöllisin välein T1 = t2 = t, mutta niillä on erilaiset kestoajat ΔT. Tässä tapauksessa pulssien kesto riippuu ohjaussignaalin arvosta ohjaustoiminnon muodostushetkellä.Valvontaviranomaisen valvontatoimet siirtyvät vastaavien epäjatkuvuuksien kanssa valvontaelimelle, minkä vuoksi myös valvontaviranomainen muuttaa asemaansa epäjatkuvuuksilla.

Käytännössä ne ovat myös laajalti käytettyjä releohjausjärjestelmiä... Tarkastellaanpa releohjauksen toimintaperiaatetta esimerkkinä kaksiasentoisella ohjauksella varustetun säätimen toiminnasta (kuva 4, d).

On-off-säätösäätimiä ovat ne säätimet, joilla on vain kaksi vakaata asentoa: yksi — kun säädetyn arvon poikkeama ylittää asetetun positiivisen rajan + Δy, ja toinen — kun poikkeama vaihtaa etumerkkiä ja saavuttaa negatiivisen rajan -Δy.

Säätötoiminta molemmissa asennoissa on absoluuttisesti sama, mutta eri etumerkillä, ja tämä toiminta nopeudensäätimen kautta saa säätimen liikkumaan jyrkästi siten, että taipuman itseisarvo aina pienenee. Jos poikkeaman Δу arvo saavuttaa sallitun positiivisen arvon + Δу (piste 1), rele laukeaa ja ohjaustoiminto -Z vaikuttaa kohteeseen säätimen ja säätöelimen kautta, mikä on vastakkainen etumerkillä, mutta yhtä suuri. suuruus säätötoiminnon positiiviseen arvoon + Z. Säädetyn arvon poikkeama pienenee tietyn ajan kuluttua.

Kun saavutetaan piste 2, poikkeama Δy tulee yhtä suureksi kuin sallittu negatiivinen arvo -Δy, rele toimii ja ohjaustoiminto Z muuttaa etumerkkinsä päinvastaiseksi jne. Releohjaimet muihin säätimiin verrattuna ovat rakenteeltaan yksinkertaisia, suhteellisen halpoja ja niitä käytetään laajalti tiloissa, joissa ei vaadita suurta herkkyyttä häiritseville vaikutuksille.