Steuerungsmethoden in Automatisierungssystemen

V Automatisierungssysteme Es werden drei Kontrollmethoden angewendet:

1) durch Abweichung vom Regelwert,

2) durch Störung (durch Last),

3) kombiniert.

Regelungsverfahren durch Abweichung der Regelgröße Betrachten wir am Beispiel eines Gleichstrommotor-Drehzahlregelungssystems (Abb. 1).

Während des Betriebs erfährt der Motor D als Regelungsgegenstand verschiedene Störungen (Änderungen der Belastung der Motorwelle, der Spannung des Versorgungsnetzes, der Drehzahl des den Anker des Generators D antreibenden Motors, Änderungen der Umgebung). Temperatur, was wiederum zu einer Änderung des Widerstands der Wicklungen und damit der Ströme usw. führt.

Alle diese Störungen führen zu einer Abweichung der Motordrehzahl D, was zu einer Änderung von e führt. usw. v. Tachogenerator TG. Rheostat P ist im Stromkreis des Tachogenerators TG1 enthalten... Die vom Rheostat P1 entnommene Spannung U0 wird gegen die Spannung des TG-Tachogenerators einbezogen. Daraus ergibt sich eine Spannungsdifferenz e = U0 — Utg, die über den Verstärker Y dem Motor DP zugeführt wird, der den Schieber des Rheostaten P bewegt.Die Spannung U0 entspricht dem eingestellten Wert der Regelgröße – Drehzahl ωО, und die Tachogeneratorspannung Utg – dem aktuellen Wert der Drehzahl.

Reis. 1. Schematische Diagramme für die Drehzahlregelung von Gleichstrommotoren mit geschlossenem Regelkreis: R – Rheostat, OVG – Generator-Erregerspule, G – Generator, OVD – Motor-Erregerspule, D – Motor, TG – Tachogenerator, DP – Rheostat-Schieberantriebsmotor, U – Verstärker.

Wenn unter dem Einfluss von Störungen die Differenz dieser Werte (Abweichung) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, erhält der Regler eine Referenzaktion in Form einer Änderung des Erregerstroms des Generators, die diese Abweichung verursacht verringern. Ein allgemeines Ablenkungssystem wird durch das Diagramm in Abb. dargestellt. 2, a.

Reis. 2... Schemata der Regulierungsmethoden: a – durch Abweichung, b – durch Störung, c – kombiniert, P – Regulierungsbehörde, RO – Regulierungsbehörde, OR – Regulierungsobjekt, ES – Vergleichselement, x(T) ist das Einstellung, Z1 (t) und Z2 (t) – interne regulatorische Einflüsse, (T) – einstellbarer Wert, F(T) ist ein störender Effekt.

Bei einer Abweichung der Regelgröße wird der Regler aktiviert, diese Aktion ist immer darauf ausgerichtet, die Abweichung zu verringern. Um die Differenz der Werte ε(t) = x(t) — y (f) zu erhalten, wird ein Vergleichselement ES in das System eingeführt.

Die Wirkung des Reglers bei der Regelung von Abweichungen erfolgt unabhängig vom Grund der Änderung der Regelgröße. Dies ist zweifellos der große Vorteil dieser Methode.

Eine Methode zur Störungsbeherrschung oder Störungskompensation basiert auf der Tatsache, dass das System Geräte verwendet, die den Einfluss von Änderungen in der Störungswirkung kompensieren.

Reis. 3... Schematische Darstellung der Spannungsregelung des Gleichstromgenerators: G – Generator, ОВ1 und ОВ2 – Erregerspulen des Generators, Rн – Lastwiderstand, F1 und F.2 – magnetomotorische Kräfte der Erregerspulen, Rsh – Widerstand.

Betrachten Sie als Beispiel den Betrieb eines Gleichstromgenerators (Abb. 3). Der Generator verfügt über zwei Erregerwicklungen: OB1 parallel zum Ankerkreis geschaltet und OB2 mit einem Widerstand verbunden Ri... Die Feldwicklungen sind so angeschlossen, dass ihre ppm. F1 und F.2 addieren. Die Klemmenspannung des Generators hängt vom Gesamt-ppm ab. F = F1 + F2.

Mit zunehmendem Laststrom Az (der Lastwiderstand Rn sinkt) hätte die Generatorspannung UG aufgrund eines Anstiegs des Spannungsabfalls am Generatoranker sinken müssen, was aber wegen ppm nicht passieren wird. F2 Erregerspule OB2 erhöht sich proportional zum Laststrom Az.

Dies führt zu einer Erhöhung des Gesamt-ppm und damit zu einer Angleichung der Generatorspannung. Dadurch wird der Spannungsabfall bei Änderungen des Laststroms – die Hauptstörung des Generators – kompensiert. In diesem Fall handelt es sich beim RNS-Widerstand um ein Gerät, mit dem Sie Störungen und Lasten messen können.

Im allgemeinen Fall ist in Abb. ein Diagramm eines Systems dargestellt, das nach der Störungskompensationsmethode arbeitet. 2, geb.

Ängstliche Einflüsse können verschiedene Ursachen haben, es kann also mehrere davon geben.Dies erschwert die Analyse der Funktionsweise des automatischen Steuerungssystems. In der Regel beschränkt man sich auf die Betrachtung von Störungen, die durch die Grundursache verursacht werden, beispielsweise durch Laständerungen. In diesem Fall wird die Regelung als Lastregelung bezeichnet.

Eine kombinierte Regulierungsmethode (siehe Abb. 2, c) kombiniert die beiden vorherigen Methoden: durch Abweichung und Empörung. Es wird beim Aufbau komplexer Automatisierungssysteme eingesetzt, bei denen eine hochwertige Regelung erforderlich ist.

Wie aus Abb. hervorgeht. 2. Bei jeder Einstellmethode besteht jedes automatische Einstellsystem aus einstellbaren (Einstellobjekt) und Einstellteilen (Regler). In allen Fällen muss der Regler über ein empfindliches Element verfügen, das die Abweichung der Regelgröße vom vorgeschriebenen Wert misst, sowie über ein Regelorgan, das die Wiederherstellung des eingestellten Wertes der Regelgröße nach deren Abweichung gewährleistet.

Wenn in dem System der Regler die Wirkung direkt vom Sensorelement erhält und von diesem betätigt wird, dann wird ein solches Steuersystem als Direktsteuersystem und der Regler als direkt wirkender Regler bezeichnet.

Bei direkt wirkenden Reglern muss das Sensorelement ausreichend Kraft entwickeln, um die Position des Regelorgans zu verändern. Dieser Umstand schränkt den Anwendungsbereich der direkten Regulierung ein, da sie dazu neigt, das sensible Element zu verkleinern, was wiederum zu Schwierigkeiten führt, ausreichende Anstrengungen zu unternehmen, um die Regulierungsbehörde zu bewegen.

Leistungsverstärker werden verwendet, um die Empfindlichkeit des Messelements zu erhöhen und genügend Leistung zu erhalten, um das Regelorgan zu bewegen. Ein Regler, der mit einem Leistungsverstärker arbeitet, wird als indirekter Regler bezeichnet, und das System als Ganzes wird als indirektes Regelungssystem bezeichnet.

In indirekten Kontrollsystemen werden Hilfsmechanismen verwendet, um die Regulierungsbehörde durch Einwirkung einer externen Energiequelle oder aufgrund der Energie des kontrollierten Objekts zu bewegen. In diesem Fall wirkt das empfindliche Element nur auf das Steuerelement des Hilfsmechanismus.

Klassifizierung von Automatisierungssteuerungsmethoden nach der Art der Steuerungsmaßnahmen

Das Regelsignal wird vom Regelsystem auf Basis der Führungsgröße und dem Signal des Sensors, der den Istwert der Regelgröße misst, generiert. Das empfangene Steuersignal wird dem Regler zugeführt, der es in eine Steuerwirkung des Antriebs umsetzt.

Der Aktuator zwingt den Regelkörper des Objekts dazu, eine solche Position einzunehmen, dass der Regelwert zum eingestellten Wert tendiert. Während des Anlagenbetriebs wird der aktuelle Wert der Regelgröße kontinuierlich gemessen und somit auch das Stellsignal kontinuierlich generiert.

Die Regelwirkung des Antriebs kann jedoch je nach Ausführung des Reglers kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. In Abb. In Fig. 4a ist der zeitliche Abweichungsverlauf Δu der Regelgröße y vom Sollwert y0 dargestellt, während gleichzeitig im unteren Teil der Abbildung dargestellt ist, wie die Regelwirkung Z kontinuierlich verändert werden muss.Sie ist linear vom Steuersignal abhängig und fällt phasengleich mit diesem zusammen.

Reis. 4. Diagramme der wichtigsten Arten regulatorischer Einflüsse: a – kontinuierlich, b, c – periodisch, d – Relais.

Regler, die einen solchen Effekt erzeugen, werden kontinuierliche Regler genannt, und die Regelung selbst ist eine kontinuierliche Regelung... Regler, die auf diesem Prinzip aufbauen, funktionieren nur, wenn eine Regelwirkung vorliegt, also bis eine Abweichung zwischen dem Ist und dem Vorgeschriebenen auftritt Wert der Regelgröße.

Wenn während des Betriebs des Automatisierungssystems die Steuerwirkung mit einem kontinuierlichen Steuersignal in bestimmten Abständen unterbrochen oder in Form einzelner Impulse zugeführt wird, werden die nach diesem Prinzip arbeitenden Regler als periodische Regler (Schritt oder Impuls) bezeichnet. Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, eine periodische Kontrollmaßnahme zu gestalten.

In Abb. In Abb. 4, b und c sind die Diagramme des intermittierenden Regelvorgangs mit kontinuierlicher Abweichung Δ vom Regelwert dargestellt.

Im ersten Fall wird die Steuerwirkung durch einzelne Impulse gleicher Dauer Δt dargestellt, die in gleichen Zeitintervallen T1 = t2 = t folgen. In diesem Fall ist die Größe der Impulse Z = e(t) proportional zum Wert des Steuersignal im Moment der Bildung der Steuerwirkung.

Im zweiten Fall haben alle Impulse den gleichen Wert Z = e(t) und folgen in regelmäßigen Abständen T1 = t2 = t, haben aber unterschiedliche Dauern ΔT. Dabei hängt die Dauer der Impulse vom Wert des Steuersignals zum Zeitpunkt der Ausbildung der Steuerwirkung ab.Bei entsprechenden Diskontinuitäten wird die Regulierungshandlung des Regulierers auf die Regulierungsbehörde übertragen, wodurch die Regulierungsbehörde bei Diskontinuitäten auch ihre Position ändert.

In der Praxis sind sie auch weit verbreitet Relaissteuerungssysteme... Betrachten wir das Funktionsprinzip der Relaissteuerung am Beispiel der Funktionsweise eines Reglers mit Zweipunktregelung (Abb. 4, d).

Zu den Ein-Aus-Regelungsreglern gehören solche Regler, die nur zwei stabile Positionen haben: eine – wenn die Abweichung des Regelwerts den eingestellten positiven Grenzwert + Δy überschreitet, und die andere – wenn die Abweichung das Vorzeichen ändert und den negativen Grenzwert – Δy erreicht.

Der Einstellvorgang ist in beiden Positionen im absoluten Wert gleich, unterscheidet sich jedoch im Vorzeichen, und dieser Vorgang durch den Regler bewirkt eine scharfe Bewegung des Reglers, so dass der absolute Wert der Auslenkung immer abnimmt. Erreicht der Wert der Abweichung Δу den zulässigen positiven Wert + Δу (Punkt 1), löst das Relais aus und über den Regler und das Regelorgan wirkt auf das Objekt die Steuerwirkung -Z, die zwar entgegengesetztes Vorzeichen, aber gleiches Vorzeichen hat Betrag auf den positiven Wert der Regelwirkung + Z. Die Abweichung der Regelgröße nimmt nach einer gewissen Zeit ab.

Beim Erreichen von Punkt 2 wird die Abweichung Δy gleich dem zulässigen negativen Wert -Δy, das Relais funktioniert und die Steueraktion Z ändert ihr Vorzeichen ins Gegenteil usw. Relaisregler sind im Vergleich zu anderen Reglern einfach aufgebaut, relativ günstig und werden häufig in Einrichtungen eingesetzt, in denen keine hohe Empfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen erforderlich ist.