Stredná odborná škola elektrotechnická, Komenského 50, Žilina 01001

Spojitá Regulácia

Šk.rok-2008-2009 Mačas Miloš4.MD

Bloková schéma regulátora-

R- Automatický regulátor

R´- Ústredný člen regulátora

S- Regulovaná sústava

x-regulovaná veličina

A- porovnávací člen

z- poruchová veličina

-Popis blokovej schémy- Obvod sa skladá z regulátora R a regulovanej sústavy S, ktorú vytvára technologické zariadenie. V zariadení sa udržiava na požadovanej hodnote regulovaná veličina x ktorá sa porovnávacom člene A odpočíta od riadiacej veličiny w. Tá určuje požadovanú veľkosť regulovanej veličiny x. Vzniknutá regulačná odchýlka e sa privádza do ústredného člena regulátora R, ktorý upravuje veľkosť akčnej veličiny y tak aby bola reguločná odchýlka e čo najmenšia. Na regulovanú sústavu S pôsobí jedna alebo viacero poruchových veličín z. Činnosť regulátora spočíva v tom, že zabezpečuje, aby bol vplyv poruchovej veličiny z na regulovanú veličinu x čo najmenší, alebo aby súčasne veľkosť regulovanej veličiny x sledovala veľkosť riadiacej veličiny w.

z

y

S x

w

A

R´

R

e

Regulátory P, I, D a PID-

Proporcionálny regulátor (P)- Zosilňuje reg. odchýlku pričom zosilnenie je v širokom frekvenčnom rozsahu. Tento regulátor vytvoríme jednosmerným invertujúcim zosilňovačom, najbežnejšie sa v praxi využíva ideálny zosilňovač. Proporcionálny regulátor je najjednoduchším druhom regulátora, v ktorom je zmena výstupného signálu, t.j. akčnej veličiny, priamo úmerna (proporcionálna) zmene výstupného signálu, t.j. regulovanej veličiny alebo regulačnej odchýlky. Regulátor je statický člen nultého rádu, jeho vlastnosti sú úplne určené zosilnením.

KP=ΔyΔx

Integračný regulátor (I)- Je taký regulátor ktorého výstupný signál je úmerny integrálu vstupného signálu. Umožňuje úplne odstrániť regulačnú odchýlku za určitý čas. Používa sa tam kde regulovaná sústava má veľkú zotrvačnosť (má veľkú odolnosť proti krátkodobým poruchám) alebo kde nebývajú príliž často poruchy. Možno ho realizovať aj pomocou jednosmerného invertujucého zosilňovača.

Derivačný Regulátor (D)- Jeho výstupný signál je prvou deriváciou vstupného signálu. Derivačný regulátor preto mení velkost akčnej veličiny tým viac, čím rýchlejšie sú zmeny regulovanej veličiny, ak sa mení táto veličina veľkou rýchlosťou. DR má derivačnú časovú konštantu a pri konštantom vstupe 0-vý prenos. Samotný DR nezosilňuje regulačnú odchýlku a musí byť vždy v kombinácii s integračným alebo proporcionálnym regulátorom. V tejto kombinácii potom DR zrychluje reguláciu a zvyšuje stabilitu čo má velký význam pri odstraňovaní krátkodobých a častých poruch

Združené (viaczložkové) regulátory (PID)- Vznikne vtedy ak zostavíme spätnoväzbový obvod kombinácoiu proporcionalne derivačného člena bez filtrácie a integračného člena. Interakcia (vzájomný vplyv jednotlivých zložiek regulátora) tu pôsobí tak, že obidve časove konštanty ovplyvňujú zosilnenie proporcionálnej zložky a toto zosilnenie znovu ovplyvňuje derivačnú časovú konštantu. Regulátor PID je najzložitejší regulátor, ktorý sa vyrába sériovo Pre prípad potreby však obyčajne možno, najmä v stavebnicových systémoch, v ktorých sa členy P, PD a PI vyskytujú ako stavebnicové jednotky, zostaviť regulátor aj s inými požadovaným zložením jednotlivých členov.

-Prevodové charakteristiky jednotlivých regulátorov sú v prílohe

Proporcionálny, integračný, derivačný regulátor-obr.39

PID regulátor-obr.44

Funkcia regulačného obvodu spočíva v tom, že udržiava regulovanú veličinu čo najpresnejšie na požadovanej hodnote, regulačný obvod musí byť predovšetkým stabilný aby sa regulovaná veličina po vzniknutej poruce čo najskôr vrátila na požadovanú hodnotu, je nevyhnutné, aby regulačný pochod bol čo najkratši t.j. čas regulácie má byť čo najkratší. O presnosti regulácie rozhoduje aj ďalšia charakteristika- najväčšia hodnota regulačnej odchýlky. Preto možno definovať optimálny priebeh regulačného pochodu tak, že čas regulácie má byť čo najkratší a maximálna odchýlka čo najmenšia. Preto optimálne nastavenie regulátora, ktoré zabezpečujeoptimálny priebeh regulačného pochodu je kompromisom medzi obidvoma týmito požiadavkami.

Niektoré regulované sústavy majú špeciálne požiadavky na prevádzku, ktorým je nutno prispôsobiť nastavenie regulátora. Preto optimálny priebeh krivky regulačného pochodu, platný pre jedno zariadenie, nemusí platiť pre iné regulované zariadenie. V niektorých prípadoch viac rozhoduje čas regulácie a menej záleži na maximálnej regulačnej odchýlke. V iných prípadoch vystupuje do popredia požiadavka na obmedzenie najväčšej regulačnej odchýlky aj za cenu predĺženia času regulácie. Býva to najmä pri regulácii vysokých tlakov, teplôt apod. Okrem udržania regulovanej veličiny na požadovanej hodnote regulátor má čo najviac odstrániť vplyv porúch, ktoré pôsobia na regulovanú sústavu napr. vplyv kolísania tlaku vykurovacieho plynu pri regulácii teploty v peci.

Servomotory- servomotor s regulačným orgánom tvorí akčný člen regulátora, ktorý je riadený ústredným členom regulátora a sám riadi veľkosť akčnej veličiny napr. Prietok plynu a vzduchu při regulácii pece alebo prietok vody při regulácii hladiny. Servomotory, ktoré sa niekedy nazývajú pohony regulačných orgánov, sa zaraďujú medzi ústredný člen a regulačný orgán. Preto vstupný člen servomotora sa musí prispôsobiť výstupnému signálu ústredného člena a výstupný člen (potom) regulačnému orgánu

ELEKTRONIKA-

Lineárne tvarovacie obvody- Tvarovacie obvody sa využívajú na úpravu signálu na signál s požadovanými vlastnosťami.

Keď privedieme na vstup tvarovacieho obvodu pravouhlý signál, odozva je závislá od druhu tvarovacieho obvodu. Veľmi často sa využíva derivačný a integračný článok. Tento môže byť realizovaný RC článkom.

Kondenzátor sa po zvýšení vstupného signálu začne nelineárne nabíjať, až sa ustáli na určitej hodnote. Po prechode vstupného napätia do nulovej hodnoty sa začne nelineárne vybíjať. Týmto spôsobom dostaneme integračný článok. Keby sa kondenzátor nabíjal a vybíjal lineárne, trvalo by mu to čas TAU, ktorým býva takýto článok definovaný. Pre RC obvod platí TAU=RxC.

Derivačný článok dostaneme tak, že výstupný obvod bude úbytok napätia na rezistore. Podľa II. Kirchhoffovho zákona U=Uc+Ur - potom na výstupe bude opačný signál ako na kondenzátore. Keď sa na kondenzátore počas nabíjania napätie zvyšovalo, na rezistore sa znižuje a naopak. Vzťah pre TAU je ten istý.

Pri úprave harmonického signálu sa väčšinou využíva nelineárna charakteristika polovodičovej diódy, ktorá v spätnom smere nevedie prúd a v priamom smere vedie. Tieto obvody sa využívajú tam, kde chceme, aby úroveň napätia neprekročila stanovenú hodnotu.

A1 - D prepustí len kladnú polvlnu.A2 - D prepustí len zápornú polvlnu.

3.Časť-

-Jednosmerný motor-

Jednosmerné motory sa konštrukciou nelíšia od dynám. Otáčky motora priamo závisia od napätia a nepriamo od magnetického toku.

(min -1 ; V, - , Wb)

Jednosmerné motory rozdeľujeme podľa spôsobu budenia:

derivačné sériové kompaundné s cudzím budením

Derivačný motor musí mať pri spúšťaní dostatočný záberový moment, ktorý sa dosiahne tak, že sa jeho budiace vinutie pripojí na plné napätie. Derivačný motor sa používa na pohon obrábacích strojov, valcovacích stolíc, lokomotívnych toční a pod.

Sériový motor má mäkkú rýchlostnú charakteristiku, lebo jeho otáčky sú nepriamo úmerné zaťaženiu stroja. Rýchlosť sa zväčšuje premosťovaním budiaceho vinutia, ku ktorému sa paralelne pripája odporový bočník. Sériový motor sa nesmie spúšťať nezaťažený a počas prevádzky musí byť zabezpečený tak, aby sa nemohol odľahčiť, pretože by sa ľahko mechanicky poškodil. Používa sa na pohon žeriavového mostu.

Kompaundný motor má vlastnosti sériového a derivačného motora. Používa sa pri pohonoch so zotrvačníkom alebo na pohon lisov valcovacích stolíc, lisov a pod.

 

 

 

 

 

 

 

Motor s cudzím budení má budiace vinutie napájané z cudzieho riaditeľného zdroja, takže jeho otáčky môžeme riadiť v širokom rozsahu a vôbec nezávisia od zaťaženia. Motory s cudzím budením sa používajú všade tam, kde sa vyžaduje plynulé a hospodárne riadenie otáčok v širokých medziach alebo kde sa požaduje dodržiavanie nastavených otáčok pri veľmi kolísajúcom zaťažení strojového zariadenia.

Derivačné dynamo nepotrebuje osobitný zdroj budiaceho prúdu. Budiace vinutie je napájané cez reostat priamo z vlastných svoriek dynama a odoberá len nepatrné percento z celkového vyrobeného prúdu. Do série s kotvou možno zapojiť ešte kompenzačné a komutačné vinutie. Prvé vinutie obmedzuje závislosť napätia od zaťaženia a druhé potláča magnetický vplyv kotvy na pole hlavných magnetov.