Баластне ланка

Баластне ланка істотно спотворює модуль регулятора на низьких частотах (Q 0 - - 0 2), що проявляється в появі залишкової нерівномірності. В іншому діапазоні частот і при всіх параметрах настройки блок знаходиться в, ОНР.

Баластне ланка кілька погіршує динамічну точність регулятора і обмежує його ОНР. Однак в діапазоні характерних для промислових САР робочих частот (до 0 3 рад /с) регулятор реалізує стандартний ПІ-закон практично без динамічних спотворень.

Баластне ланка блоку - реальне дифференцирующее. Таке ланка в більшості випадків кілька збільшує стійкість і підвищує якість регулювання, проте при цьому в ПІ-регуляторі з'являється залишкова нерівномірність.

Тут баластні ланка являє собою ланку другого порядки.

Таке баластні ланка, як показано в § 1 - 2 є коливальним.

Частотні характеристики релейного П - регулятора. Особливістю баластного ланки релейного П - регулятора (стежить системи) є незалежність його частотних характеристик в ковзному режимі від частоти. Частотні характеристики ідеального П - регулятора теж залежать від частоти, тому в ковзному режимі модуль і фаза частотних характеристик релейного П - регулятора не змінюються при постійній амплітуді вхідного сигналу.

Структурна схема /ПІ-регулятора. | Динамічні характеристики ПІ-регулятора. наявність баластного ланки викликає відхилення частотних характеристик реального регулятора від відповідних характеристик ідеального регулятора. Якщо відома постійна часу баластного ланки, можна визначити частоти, па яких розбіжність характеристик стає істотним.

Передавальна функція баластного ланки являє собою ланку другого - близько. Умовою неколебательноега такого звеаа є відсутність комплексних коренів в знаменнику.

Характеристики ПІ-регулятора. Передавальні функції баластних ланок для обох схем однакові.

Передавальна функція баластного ланки в ПІД-режимі має другий порядок, причому полюси передавальної функції баластного ланки дійсні.

Розрахунок характеристик баластного ланки блоку ідентичний розрахунку для блоку РПІ.

Характеристики П - регулятора. а - перехідні. б - частотні. | Структурні схеми ПІ-регулятора.

В даному випадку баластні ланка є апериодическим ланкою першого порядку.

Зауважимо, що баластні ланки в вимірювальному блоці і виконавчому механізмі можуть вивести регулятор з ОНР.

Наявність в регуляторі баластного ланки, обумовленого паразитними інерційні, призводить до обмеження його області нормальних режимів.

Частотні характеристики регулятора в П - режимі fep l 0. fe2. Користуючись виразом для баластних ланок регулятора, легко побудувати відповідно до правил, викладених в § 1 - 2 - 1 - 4 ОНР і ОЛР регулятора. Ці характеристики істотно залежать від навантаження на валу виконавчого механізму і тут не наводяться.

Характер реалізації закону ПІ-регулювання регулятором зі структурною схемою, наведеною на ЗЛО, а. Слід зазначити, що баластні ланка у вигляді аперіодичної ланки (340) як в ПІ-регуляторі (342), так і в П - регуляторі (338) часто робить позитивний вплив на процес регулювання. Так, при короткочасних відхиленнях регульованою величини завдяки демпфированию баластного ланки виконавчий механізм автоматичної системи з таким регулятором не спрацьовує, що підвищує термін його служби.

Структурна схема П - регулятора. Розглянемо кілька прикладів розрахунку баластних ланок і ОНР лінійних моделей реальних регуляторів з різними законами регулювання.

При to - - oo баластні ланка (при ХбфО) повністю припиняє вироблення вихідної величини, яка за будь-яких змінах вхідної величини залишається рівною нулю. Фізично це пояснюється, тим, що зміна вихідної величини виконавчого механізму, наприклад переміщення поршня сервомотора, поступово; при швидкому коливанні вхідної величини виконавчий механізм не встигає скільки-небудь істотно змінити вихідну величину і привести її в повну відповідність із вхідними; інтенсивність прояву цього явища залежить від постійної часу Т м, так як швидкість переміщення виконавчого органу обернено пропорційна цій постійної часу. Величина Тп м не може бути зменшена до нуля (для гідравлічного сервомотора постійна часу дорівнює часу переміщення поршня з одного крайнього положення в інше), і тому при деякому значенні зі описані спотворення неминуче стають відчутними.

Наведені характеристики показують, що баластні ланка чинить негативний вплив на всі розглянуті показники якості.

Залежно від структурної схеми баластні ланка являє собою коливальний ланка або апериодическое ланка першого або другого порядку.

Введене в попередньому параграфі поняття баластного ланки можна застосувати для опису динамічних характеристик регуляторів з нелінійними елементами. Уявімо регулятор у вигляді послідовного з'єднання ідеального регулятора і баластного ланки. Наявність нелінійних ланок в структурі регулятора призводить до залежності характеристик баластного ланки від амплітуди вхідного сигналу А. Якщо частотні характеристики баластного ланки відомі, можуть бути знайдені кордону ОНР, які для нелінійного регулятора залежать також від амплітуди вихідного сигналу. Регулятор, який має нелінійні елементи, часто вдається в деякій області частот, амплітуд і параметрів настройки описати лінійним диференціальним рівнянням, відмінним від рівняння ідеального регулятора. Це уточнене рівняння може бути справедливим поза ОНР. Так, в попередньому параграфі ми отримали лінійні рівняння регуляторів, відмінні від ідеальних.

СД зі) - частотна характеристика баластного ланки, яка визначає відхилення частотних характеристик реального регулятора від характеристик його лінійної моделі.

Розглянемо методику розрахунку, якщо параметри баластного ланки істотно залежать від параметрів настройки ідеального регулятора.

Область нормальної роботи блоку визначається характеристиками баластного ланки і діапазоном зміни параметрів настроювання.

До поясненням понять час інтегрування (Ті і час ізодрома. | Область нормальної боти регулятора ПР3. 31. Як було зазначено вище, наявність баластного ланки в передавальної функції регулятора обмежує його ОНР. Метод побудови ОЛР, якщо характеристики баластного ланки нелінійного регулятора відомі, розглянуто вище в цьому параграфі.

Динамічні характери - (6 - 48 стіки реального П - регулятора. Для того щоб похибка, що вноситься баластовим ланкою в динамічні характеристики регулятора, була мінімальною, слід прагнути підтримувати Гім[см. ( 6 - 46) ]на мінімальному значенні.

Перехідні процеси. Зі збільшенням частоти вхідної величини регулятора негативний вплив баластного ланки збільшується.

Розрахунок системи регулювання проводиться для ідеального регулятора без урахування баластного ланки. На рис. 2 - 11 наведені такі характеристики якості САР.

Область нормальних режимів регулятора з пристроєм УРП. Область нормальних режимів регулятора з пристроєм УРП обмежена впливом баластного ланки.

Збільшення s, так само як в регуляторах з апериодическим баластовим ланкою, погіршує якість регулювання; ПІД-регулятор наближається за своїми властивостями до найпростішого І-регулятору. Тому в регуляторах з коливальним баластовим ланкою значення s обмежена зверху і знизу.

Якщо в регуляторі не можна забезпечити досить малу величину постійної часу баластного ланки, то регулятор зі структурною схемою по рис. 6 - 11 слід рекомендувати тільки для застосування в системах автоматичного регулювання з відносно рідкісними і постійними за величиною возмущающими впливами.

З (1 - 19) легко знайти значення частотних характеристик баластного ланки.

З рис. 6 - 14 видно, що чим менше постійна часу баластного ланки, тим ближче закон регулювання реального ПІ-регулятора до ідеального пропорційно-інтегральному.

З (7.8) і цього малюнка слід, що чим більше постійна часу баластного ланки, тим більше воно спотворює закон регулювання.

Структурні схеми ПІД-регулятора з апериодическим баластовим ланкою. | Характеристики ПІД-регулятора з апериодическим баластовим ланкою. Для цих структурних схем, як випливає з (1 - 24), баластні ланка є апериодическим ланкою другого порядку.

Графіки для визначення параметрів настройки ПІД-регулятора з об'єктом першого порядку з запізненням вОНР. Вище було показано, що ряд П -, ПІ - і ПІД-регулятор-торів має баластні ланки.

Структура регулятора представлена, таким чином, у вигляді послідовного з'єднання ідеального регулятора і баластного ланки. Відхилення частотних характеристик регулятора визначається частотними характеристиками баластного ланки. Мбалі (ю) - 1 і фаза баластного ланки ФБАЛ (ю) 0 то регулятор ідеальний.

Обмеження ОНР регулятора Ру4 - 16А в основному визначається наступними трьома факторами: впливом баластного ланки; можливістю появи залишкової нерівномірності через кінцевого значення опору ізоляції конденсатора С1; обмеженим діапазоном зміни параметрів настроювання. Завдяки дії стабілізуючої зв'язку порушення змінного режиму призводить до значних відхилень від закону регулювання поза ОНР.

Передавальна функція баластного ланки в ПІД-режимі має другий порядок, причому полюси передавальної функції баластного ланки дійсні.

Структурні схеми промислових ПІ-регуляторів. Якщо ця умова не дотримується, то при настройці регулятора треба враховувати спотворення закону регулювання баластовим ланкою.

Структурна схема П - регулятора (а і реалізований нею закон П - регулювання. Одночасно слід мати на увазі, що чим більше kp, тим більше постійна часу (341) баластного ланки і тим більше спотворюється ідеальний закон П - регу-лювання. Структурна схема 2 ПІ-регулятора. | Структурна схема ПІД-регулятора. Уявімо, як і раніше, передавальну функцію у вигляді твору передавальних функцій ідеального ПІД-регулятора і баластного ланки.

Всі показники якості, крім власної частоти, побудовані по відношенню до тих же показниками за відсутності баластного ланки.

Об'єкти з великим відношенням часу запізнювання до постійної часу об'єкту т /7 б менш чутливі до дії баластного ланки.

Отже, в цьому випадку регулятор працює в режимі пропорційного регулювання з попереджання (ПД-режим ) зі збереженням спотворює впливу баластного ланки.

Структурні схеми автоматичних систем. а-по каналу управління об'єктом автоматизації. б-теоретична схема. У структурній схемі локальної АСР, наведеної на рис. 18 - 4 б, передавальна функція об'єкта регулювання без врахування баластного ланки регулятора відома.

У § 1 - 2 було показано, що для більшості структурних схем постійна часу виконавчого механізму Гі пропорційна постійної часу баластного ланки регулятора, тому природно прагнення зменшити цю постійну часу. Однак збільшення швидкості двигуна призводить до збільшення швидкодії і, як вказувалося вище, обмеження діапазону зміни коефіцієнта пропорційності. Таким чином, можлива швидкість виконавчого механізму обмежена з одного боку необхідним діапазоном зміни коефіцієнта пропорційності, а з іншого - постійної часу баластного ланки. У той же час при певному типі виконавчого механізму буде обмежений діапазон зміни коефіцієнта пропорційності.

Будь реальний промисловий регулятор теоретично можна уявити у вигляді ідеального регулятора, точно реалізує необхідний закон регулювання, і деякого так званого баластного ланки, що вносить спотворення в ідеальний закон регулювання.

Регулятор з релейним елементом, який має зону нечутливості, не може бути точно апроксимувати лінійним рівнянням, так як у всьому діапазоні частот основний параметр баластного ланки s залежить від амплітуди вхідного сигналу. Однак при малих значеннях s (наприклад, sg: 005) вплив баластного ланки в істотному діапазоні частот настільки незначний, що може не враховуватися як при розрахунку перехідних процесів, так і частотних характеристик.



Інші публікації на тему:
  • Аналогічне ланка
  • Модуль - зворотний зв'язок
  • Ланка - планетарна передача