книги / Управляющие системы и автоматика

5 2/5 , = 0,83,ф12 = -90° Для 7/звена действительно:

ш0 =^г = 125— => со/(о0 » 0,5.

У, с

Согласно диаграмме на рис. 489, имеет силу:

Ф з = — 28“

Общее усиление при/ = 10 Гц составляет:

§ ^ = 1,7-0,83 1 = 1,41

С

1общ.

Общий сдвиг по фазе равен:

Фо6ш= - 3 5 ° - 9 0 ° - 2 8 ° = -153°

4.4. Регуляторы и контуры регулирования

Переключающие регуляторы изменяют исполнительное воздействие в прерывистом режиме путем переключения в две или несколько ступеней и состоят из коммутационных контактов или электронных триггерных схем.

Аналоговые регуляторы изменяют исполнительное звено в постоянном ре­ жиме и в большинстве случаев представляют собой операционные усилители.

Цифровые регуляторы изменяют исполнительное воздействие очень мел­ кими ступенями, так что градация регулируемой величины становится прак­ тически незаметной. Они состоят обычно из микроконтроллерных схем.

4.4.1. Переключающие регуляторы

Двухпозиционные регуляторыимеютдваоднозначных коммутационных положе­ ния (рис. 552) и находят применение, например, в контурах регулирования тем­ пературы. У биметаллического регулятора сенсор, холодный спай и переклю­ чательный элемент образуют единый унифицированный блок (рис. 553). При повышении температуры выше заданного значения нагретая накалом (дейс­ твительная температура) биметаллическая пружина изгибается и отключает на­ грев. При понижении температуры ниже предельного значения биметалличес­ кая пружина вновь включает нагрев. Чтобы при включении и при выключении избежать искрообразования по причине слабого контактного перехода или пре­ рывания контактов, с помощью постоянного магнита выполняется мгновенное соединение либо прерывание. Под действием этого постоянного магнита воз­ никает разница между температурами включения и выключения (рис. 554).

4.4.3. Цифровые (программные) регуляторы

Промышленные установки часто оснащаются вычислительными машина­ ми, микро-ВМ или микропроцессорами. Задачей ВМ является управление процессом регулирования относящихся к ним систем. Здесь речь идет, вчас­ тности, о контроле регулируемых переменных процесса, например темпера­ тур, путей перемещения и давлений, а также о регистрации результатов срав­ нения этих переменных с предельными значениями и данных вычисления задающих воздействий и исполнительных сигналов.

Исполнительные сигналы, например напряжения тока, воздействуют на процесс и вновь изменяют регулируемые переменные. Таким образом, созда­ ются замкнутые линии управления, и регулятор реализуется здесь как ком­ пьютерная программа. Задачи компьютера при этом состоят в следующем: формирование рассогласований и вычисление исполнительных воздействий всоответствии с запрограммированными свойствами регулятора. Далее в боль­ шинстве случае осуществляется контроль рассогласований с целью своевре­ менного распознавания опасных ситуаций.

Для цифрового регулирования используют обычно микроВМ и дополни­ тельные платы программного управления от ЗУ (SPS).

В случае самооптимизирующихся систем характеристики используемого регулятора с помощью вычислительной программы автоматически настраи­ ваются на соответствующий процесс.

4.4.3.1. Аналого-цифровое преобразование и дискретизация сигналов Аналоговые переменные процесса для обработки в ВМ подлежат разделению на дискретные ступени (рис. 562). По числу ступеней позиционирования можно определить требуемую длину слова ВМ. При этом для ВМ устанав­ ливают длину шага перемещения (расчетную точность позиционирования), которая значительно меньше действительной точности позиционирования машины. Это делается с учетом того, что в противном случае при малых ско­ ростях потребовался бы большой период дискретизации с неизбежными вта­ ких случаях ошибками.

Вычислительная машина не может непрерывно обрабатыватьсигналы пара­ метров процесса, она делает это в определенные моменты прогона программы, например каждые 10 мс. В этом случае говорят о дискретизации во времени.

Упражнение:

Рабочее пространство робота имеет диаметр 2 метра.

а) За сколько угловых шагов будет совершаться регистрация угла поворо­ та в базовой оси, если длина шага перемещения в 0,1 мм должна достигаться даже на самом краю рабочего пространства?

б) Сколько битов должен иметь аналого-цифровой преобразователь и с какой длиной слова надо вычислять задающие воздействия для осевых дви­ жений в ВМ?

Решение:

Периметр рабочего пространства:

U= к ■D = п ■2 м = 6283,2 мм.

ТЛ А т

уисполнительное воздействие

ерассогласование

Ар коэффициент пропорциональности уп исполнительное воздействие в момент пТ еп рассогласование в момент пТА

I переменная времени Тп время изодрома Г время упреждения

ТА время дискретизации.

При ПИД-алгоритме положения исполнительное воздействие вычисля­ ется цифровым способом.

ПИД-алгоритм скорости

Вместо непрерывных вычислений исполнительного воздействия при циф­ ровом регулировании часто ограничиваются определением приращения Дуп и суммированием его с величиной хранящегося в памяти исполнительного воздействия. Это обозначают как алгоритм скорости.

Уравнение ПИД-алгоритма скорости:

Т. Л Т

л-1 т

При ПИД-алгоритме скорости значения приращения исполнительного воздействия вычисляются цифровым способом.

Упражнение:

Разработать вычислительную программу для ПИД-регулятора на осно­ ве алгоритма скорости с параметрами Ар - 0,2, Тп = 4ТА, Т = ЪТАи ТА= 1 с. Составить блок-схему программы.

Решение: см. рис. 565.

Дупзначение приращения исполнительного воздействия в момент п • ТА еп регулируемая величина в момент п • ТА ТА время дискретизации

Ар коэффициент пропорциональности регулирования