Μέθοδοι ελέγχου σε συστήματα αυτοματισμού
V συστήματα αυτοματισμού Εφαρμόζονται τρεις μέθοδοι ελέγχου:
1) με απόκλιση της ελεγχόμενης τιμής,
2) λόγω διαταραχής (κατά φορτίο),
3) σε συνδυασμό.
Μέθοδος ρύθμισης με απόκλιση της ελεγχόμενης μεταβλητής Ας εξετάσουμε το παράδειγμα ενός συστήματος ελέγχου ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος (Εικ. 1).
Κατά τη λειτουργία, ο κινητήρας D, ως αντικείμενο ρύθμισης, αντιμετωπίζει διάφορες διαταραχές (αλλαγές στο φορτίο στον άξονα του κινητήρα, την τάση του δικτύου τροφοδοσίας, την ταχύτητα του κινητήρα που οδηγεί τον οπλισμό της γεννήτριας D, αλλαγές στο περιβάλλον θερμοκρασία, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε αλλαγή της αντίστασης των περιελίξεων, και ως εκ τούτου των ρευμάτων κ.λπ.).
Όλες αυτές οι διαταραχές θα προκαλέσουν απόκλιση των στροφών του κινητήρα D, κάτι που θα προκαλέσει αλλαγή στο e. και τα λοιπά. v. ταχογεννήτρια TG. Ο ρεοστάτης P περιλαμβάνεται στο κύκλωμα της ταχογεννήτριας TG1... Η τάση U0 που λαμβάνεται από τον ρεοστάτη P1 περιλαμβάνεται έναντι της τάσης της ταχογεννήτριας TG. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια διαφορά τάσης e = U0 — Utg η οποία τροφοδοτείται μέσω του ενισχυτή Y στον κινητήρα DP που μετακινεί το ρυθμιστικό του ρεοστάτη P.Η τάση U0 αντιστοιχεί στην καθορισμένη τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής — συχνότητα περιστροφής ωΟ, και στην τάση της ταχογεννήτριας Utg — την τρέχουσα τιμή της ταχύτητας περιστροφής.
Ρύζι. 1. Σχηματικά διαγράμματα για έλεγχο ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος κλειστού βρόχου: R — ρεοστάτη, OVG — πηνίο διέγερσης γεννήτριας, G — γεννήτρια, OVD — πηνίο διέγερσης κινητήρα, D — κινητήρας, TG — ταχυγεννήτρια, DP — κινητήρας μετάδοσης κίνησης ρεοστάτη, U — ενισχυτής.
Εάν, υπό την επίδραση διαταραχών, η διαφορά μεταξύ αυτών των τιμών (απόκλιση) υπερβαίνει ένα προκαθορισμένο όριο, τότε ο ρυθμιστής θα λάβει μια ενέργεια αναφοράς με τη μορφή αλλαγής στο ρεύμα διέγερσης της γεννήτριας, η οποία θα προκαλέσει αυτήν την απόκλιση μειώνω. Ένα γενικό σύστημα εκτροπής αντιπροσωπεύεται από το διάγραμμα στο σχ. 2, α.
Ρύζι. 2... Σχήματα μεθόδων ρύθμισης: α — κατά απόκλιση, β — κατά διαταραχή, γ — συνδυαστικά, P — ρυθμιστής, RO — ρυθμιστικός φορέας, OR — αντικείμενο ρύθμισης, ES — στοιχείο σύγκρισης, x(T) είναι το ρύθμιση, Z1 (t) και Z2 (t) — εσωτερικές ρυθμιστικές επιρροές, (T) — ρυθμιζόμενη τιμή, F(T) είναι ένα ενοχλητικό αποτέλεσμα.
Η απόκλιση της ελεγχόμενης μεταβλητής ενεργοποιεί τον ρυθμιστή, αυτή η ενέργεια κατευθύνεται πάντα με τέτοιο τρόπο ώστε να μειώνεται η απόκλιση. Για να ληφθεί η διαφορά στις τιμές ε(t) = x(t) — y (f), εισάγεται στο σύστημα ένα στοιχείο σύγκρισης ES.
Η δράση του ρυθμιστή στον έλεγχο των αποκλίσεων συμβαίνει ανεξάρτητα από τον λόγο της αλλαγής της ελεγχόμενης μεταβλητής. Αυτό είναι αναμφίβολα το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου.
Μια μέθοδος ελέγχου διαταραχών ή αντιστάθμισης διαταραχών βασίζεται στο γεγονός ότι το σύστημα χρησιμοποιεί συσκευές που αντισταθμίζουν την επίδραση των αλλαγών στο φαινόμενο της διαταραχής.
Ρύζι. 3... Σχηματικό διάγραμμα ρύθμισης τάσης γεννήτριας συνεχούς ρεύματος: G — γεννήτρια, ОВ1 και ОВ2 — πηνία διέγερσης της γεννήτριας, Rн — αντίσταση φορτίου, F1 και F.2 — μαγνητοκινητικές δυνάμεις των πηνίων διέγερσης, Rsh — αντίσταση.
Για παράδειγμα, εξετάστε τη λειτουργία μιας γεννήτριας συνεχούς ρεύματος (Εικ. 3). Η γεννήτρια έχει δύο περιελίξεις διέγερσης: OB1 συνδεδεμένο παράλληλα με το κύκλωμα οπλισμού και OB2 συνδεδεμένο σε αντίσταση Ri... Οι περιελίξεις πεδίου συνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε τα ppm τους. Οι F1 και F.2 προσθέτουν. Η τάση ακροδεκτών της γεννήτριας θα εξαρτηθεί από το συνολικό ppm. F = F1 + F2.
Καθώς το ρεύμα φορτίου Az αυξάνεται (η αντίσταση φορτίου Rn μειώνεται), η τάση της γεννήτριας UG θα έπρεπε να έχει μειωθεί λόγω αύξησης της πτώσης τάσης στον οπλισμό της γεννήτριας, αλλά αυτό δεν θα συμβεί επειδή ppm. Το πηνίο διέγερσης F2 OB2 αυξάνεται καθώς είναι ανάλογο με το ρεύμα φορτίου Az.
Αυτό θα οδηγήσει σε αύξηση των συνολικών ppm και, κατά συνέπεια, σε εξίσωση της τάσης της γεννήτριας. Αυτό αντισταθμίζει την πτώση τάσης όταν αλλάζει το ρεύμα φορτίου - η κύρια διαταραχή της γεννήτριας. Το Resistance RNS σε αυτή την περίπτωση είναι μια συσκευή που σας επιτρέπει να μετράτε παρεμβολές — φορτίο.
Στη γενική περίπτωση, ένα διάγραμμα ενός συστήματος που λειτουργεί με τη μέθοδο αντιστάθμισης διαταραχών φαίνεται στο Σχ. 2, β.
Οι αγχώδεις επιρροές μπορεί να προκληθούν από διάφορους λόγους, επομένως μπορεί να υπάρχουν περισσότεροι από ένας από αυτούς.Αυτό περιπλέκει την ανάλυση της λειτουργίας του αυτόματου συστήματος ελέγχου. Συνήθως περιορίζεται στην εξέταση των διαταραχών που προκαλούνται από τη βασική αιτία, όπως οι αλλαγές φορτίου. Στην περίπτωση αυτή, η ρύθμιση ονομάζεται ρύθμιση φορτίου.
Μια συνδυασμένη μέθοδος ρύθμισης (βλ. Εικ. 2, γ) συνδυάζει τις δύο προηγούμενες μεθόδους: με απόκλιση και αγανάκτηση. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή πολύπλοκων συστημάτων αυτοματισμού όπου απαιτείται ρύθμιση υψηλής ποιότητας.
Όπως προκύπτει από το σχ. 2, σε κάθε μέθοδο προσαρμογής, κάθε σύστημα αυτόματης ρύθμισης αποτελείται από ρυθμιζόμενα (αντικείμενο προσαρμογής) και ρυθμιστικά (ρυθμιστής) μέρη. Σε όλες τις περιπτώσεις, ο ρυθμιστής πρέπει να διαθέτει ένα ευαίσθητο στοιχείο που μετρά την απόκλιση της ελεγχόμενης μεταβλητής από την προβλεπόμενη τιμή, καθώς και ένα ρυθμιστικό σώμα που διασφαλίζει την επαναφορά της καθορισμένης τιμής της ελεγχόμενης μεταβλητής μετά την απόκλιση της.
Εάν στο σύστημα ο ρυθμιστής λαμβάνει το αποτέλεσμα απευθείας από το αισθητήριο στοιχείο και ενεργοποιείται από αυτό, τότε ένα τέτοιο σύστημα ελέγχου ονομάζεται σύστημα άμεσου ελέγχου και ο ρυθμιστής ονομάζεται ρυθμιστής άμεσης δράσης.
Στους ρυθμιστές άμεσης δράσης, το αισθητήριο στοιχείο πρέπει να αναπτύξει επαρκή ισχύ για να αλλάξει τη θέση του ρυθμιστικού σώματος. Αυτή η περίσταση περιορίζει το πεδίο εφαρμογής της άμεσης ρύθμισης, δεδομένου ότι τείνουν να καθιστούν μικρό το ευαίσθητο στοιχείο, γεγονός που με τη σειρά του δημιουργεί δυσκολίες στην απόκτηση επαρκών προσπαθειών για την κίνηση του ρυθμιστικού φορέα.
Οι ενισχυτές ισχύος χρησιμοποιούνται για την αύξηση της ευαισθησίας του στοιχείου μέτρησης και την απόκτηση αρκετής ισχύος για την κίνηση του ρυθμιστικού σώματος. Ένας ρυθμιστής που λειτουργεί με έναν ενισχυτή ισχύος ονομάζεται έμμεσος ρυθμιστής και το σύστημα στο σύνολό του ονομάζεται σύστημα έμμεσης ρύθμισης.
Στα συστήματα έμμεσου ελέγχου, χρησιμοποιούνται βοηθητικοί μηχανισμοί για τη μετακίνηση του ρυθμιστικού φορέα που ενεργεί από μια εξωτερική πηγή ενέργειας ή λόγω της ενέργειας του ελεγχόμενου αντικειμένου. Σε αυτή την περίπτωση, το ευαίσθητο στοιχείο δρα μόνο στο στοιχείο ελέγχου του βοηθητικού μηχανισμού.
Ταξινόμηση μεθόδων ελέγχου αυτοματισμού ανάλογα με το είδος των ενεργειών ελέγχου
Το σήμα ελέγχου παράγεται από το σύστημα ελέγχου με βάση τη μεταβλητή αναφοράς και το σήμα από τον αισθητήρα που μετρά την πραγματική τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής. Το λαμβανόμενο σήμα ελέγχου τροφοδοτείται στον ρυθμιστή, ο οποίος το μετατρέπει σε μια ενέργεια ελέγχου του ηλεκτροκινητήρα.
Ο ενεργοποιητής αναγκάζει το ρυθμιστικό σώμα του αντικειμένου να πάρει μια τέτοια θέση ώστε η ελεγχόμενη τιμή να τείνει στην καθορισμένη τιμή. Κατά τη λειτουργία του συστήματος, η τρέχουσα τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής μετράται συνεχώς, επομένως το σήμα ελέγχου θα παράγεται επίσης συνεχώς.
Ωστόσο, η ρυθμιστική δράση του ηλεκτροκινητήρα, ανάλογα με τη συσκευή του ρυθμιστή, μπορεί να είναι συνεχής ή διακοπτόμενη. Στο σχ. 4, το a δείχνει την καμπύλη απόκλισης Δu της ελεγχόμενης τιμής y σε χρόνο από την καθορισμένη τιμή y0, ενώ ταυτόχρονα στο κάτω μέρος του σχήματος φαίνεται πώς πρέπει να αλλάζει συνεχώς η ενέργεια ελέγχου Z.Εξαρτάται γραμμικά από το σήμα ελέγχου και συμπίπτει με αυτό στη φάση.
Ρύζι. 4. Διαγράμματα των κύριων τύπων ρυθμιστικών επιρροών: α — συνεχής, β, γ — περιοδικός, δ — ρελέ.
Οι ρυθμιστές που παράγουν ένα τέτοιο αποτέλεσμα ονομάζονται συνεχείς ρυθμιστές, και ο ίδιος ο κανονισμός είναι μια συνεχής ρύθμιση... Οι ρυθμιστές που βασίζονται σε αυτήν την αρχή λειτουργούν μόνο όταν υπάρχει μια ενέργεια ελέγχου, δηλαδή μέχρι να υπάρξει απόκλιση μεταξύ του πραγματικού και του προβλεπόμενου τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής.
Εάν κατά τη λειτουργία του συστήματος αυτοματισμού, η ενέργεια ελέγχου με συνεχές σήμα ελέγχου διακόπτεται σε ορισμένα διαστήματα ή παρέχεται με τη μορφή ξεχωριστών παλμών, τότε οι ελεγκτές που λειτουργούν με αυτήν την αρχή ονομάζονται περιοδικοί ρυθμιστές (βήμα ή παλμός). Κατ 'αρχήν, υπάρχουν δύο πιθανοί τρόποι για να σχηματιστεί μια δράση περιοδικού ελέγχου.
Στο σχ. Τα σχήματα 4, b και c δείχνουν τα γραφήματα της διακοπτόμενης δράσης ελέγχου με συνεχή απόκλιση Δ από την ελεγχόμενη τιμή.
Στην πρώτη περίπτωση, η δράση ελέγχου αντιπροσωπεύεται από χωριστούς παλμούς ίδιας διάρκειας Δt, ακολουθώντας σε ίσα χρονικά διαστήματα T1 = t2 = t στην περίπτωση αυτή το μέγεθος των παλμών Z = e(t) είναι ανάλογο με την τιμή του σήμα ελέγχου τη στιγμή του σχηματισμού της δράσης ελέγχου.
Στη δεύτερη περίπτωση, όλοι οι παλμοί έχουν την ίδια τιμή Z = e(t) και ακολουθούν σε τακτά χρονικά διαστήματα T1 = t2 = t, αλλά έχουν διαφορετική διάρκεια ΔT. Σε αυτή την περίπτωση, η διάρκεια των παλμών εξαρτάται από την τιμή του σήματος ελέγχου τη στιγμή του σχηματισμού της δράσης ελέγχου.Η ρυθμιστική δράση από τη ρυθμιστική αρχή μεταφέρεται στον ρυθμιστικό φορέα με αντίστοιχες ασυνέχειες, λόγω των οποίων και ο ρυθμιστικός φορέας αλλάζει θέση με ασυνέχειες.
Στην πράξη, είναι επίσης ευρέως χρησιμοποιούμενα συστήματα ελέγχου ρελέ... Ας εξετάσουμε την αρχή λειτουργίας του ελέγχου ρελέ, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα λειτουργίας ενός ρυθμιστή με έλεγχο δύο θέσεων (Εικ. 4, δ).
Οι ρυθμιστές ελέγχου on-off περιλαμβάνουν εκείνους τους ρυθμιστές που έχουν μόνο δύο σταθερές θέσεις: μία — όταν η απόκλιση της ελεγχόμενης τιμής υπερβαίνει το καθορισμένο θετικό όριο + Δy, και η άλλη — όταν η απόκλιση αλλάζει πρόσημο και φτάνει στο αρνητικό όριο -Δy.
Η ενέργεια προσαρμογής και στις δύο θέσεις είναι ίδια σε απόλυτη τιμή αλλά διαφορετική ως προς το πρόσημο, και αυτή η ενέργεια μέσω του ρυθμιστή αναγκάζει τον κυβερνήτη να κινείται απότομα με τέτοιο τρόπο ώστε η απόλυτη τιμή της εκτροπής να μειώνεται πάντα. Εάν η τιμή της απόκλισης Δου φτάσει την επιτρεπόμενη θετική τιμή + Δυ (σημείο 1), το ρελέ θα ενεργοποιηθεί και η ενέργεια ελέγχου -Z θα ενεργήσει στο αντικείμενο μέσω του ρυθμιστή και του ρυθμιστικού σώματος, το οποίο είναι αντίθετο σε πρόσημο αλλά ίσο σε μέγεθος στη θετική τιμή της δράσης ελέγχου + Z. Η απόκλιση της ελεγχόμενης τιμής θα μειωθεί μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα.
Φτάνοντας στο σημείο 2, η απόκλιση Δy θα γίνει ίση με την επιτρεπόμενη αρνητική τιμή -Δy, το ρελέ θα λειτουργήσει και η ενέργεια ελέγχου Z θα αλλάξει το πρόσημά της στο αντίθετο κ.λπ. Οι ελεγκτές ρελέ, σε σύγκριση με άλλους ελεγκτές, είναι απλοί στη σχεδίαση, σχετικά φθηνά και χρησιμοποιούνται ευρέως σε εκείνες τις εγκαταστάσεις όπου δεν απαιτείται υψηλή ευαισθησία σε ενοχλητικές επιρροές.