Ніколаєнко А.М. Методичні вказівки до лабораторного практикуму. Частина І

Подождите немного. Документ загружается.

ВыходМ

Выход+24В

ВыходБ

Средняя

точка

ключей

I и II ступени

подстройки

КпиТиз

Кп

Тиз

Ко

Хзд

Хпер

нч"

Зд

Входы

Выход

0-5мА

Хзд

Входы

0-10В

~220B

1 2 3

Рис .5 Функціональна схема РП-4

Сигнали регульованого параметра та завдання надходять на входи

суматора 1, рис.5, де формується сигнал неузгодження між ними. Цей сигнал

демпфується пристроєм 2, який зображає собою інерційну ланку. З виходу

демпфера 2 сигнал розбалансу надходить на вхід підсилювача – суматора 3 з

виходу якого він подається на вхід трипозиційного пристрою 4, який має

регульовану зону нечутливості

НЧ

∆

. Коли сигнал розбалансу перевищує поріг

спрацьовування, трипозиційний пристрій спрацьовує, при цьому сигнал

стрибком подається в коло негативного зв'язку, який зображає собою інерційну

RС – ланку 5, і на вихідні ключі, що комутують кола зовнішнього навантаження

в залежності від полярності сигналу розбалансу.

Сигнал трипозиційного зв'язку починає повільно збільшуватися і

компенсувати сигнал розбалансу на вході підсилювача 3. Сигнал на вході

пристрою 4 повільно зменшується до порога відпускання, після чого

трипозиційний пристрій вимкнеться і сигнали на його виході і вході

негативного зворотного зв'язку стрибком зменшується до 0. Сигнал зворотного

зв'язку на виході інерційної ланки 5 починає повільно зменшуватися, а сигнал

на вході трипозиційного пристрою 4 збільшується до порога спрацьовування.

Коли пристрій спрацює в колі негативного зворотного зв'язку з'являється

сигнал і вмикаються вихідні ключі. При зберіганні сигналу неузгодження цикл

повторюється.

Таким чином РП4 формує на виході імпульси що йдуть з певною

частотою. Інтегрування цих імпульсів за допомогою ВМ сталої швидкості

дозволяє отримати ПІ – закон регулювання.

Тривалість першого імпульсу

∆

(пропорційна складова закону

регулювання) залежить від значення сигналу розбалансу і коефіцієнта передачі

інерційної ланки 5.

Коефіцієнт передачі регулятора утвореного регулювальним пристроєм РП4

і ВМ сталої швидкості визначається виразом:

вм

K100

⋅

де К

– коефіцієнт передачі пристрою; Т

вм

– час повного ходу ВМ.

Інтегрувальна складова регулятора формується шляхом інтегрування

імпульсів виконавчим механізмом сталої швидкості. Вона характеризується

величиною сталої часу інерційної ланки 5. При встановленні максимального

значення сталої часу РП4 реалізує П – закон регулювання.

Коефіцієнт передачі К

та стала часу

пізi

KTT

регулюється за

допомогою відповідних резисторів заряду і розряду інерційного RC- кола 5.

Час інтегрування зростає за рахунок зростання часу розряду інерційної

ланки. У роботі приладу це супроводжується зростанням тривалості пауз між

інтегрувальними імпульсами.

Тривалість інтегрувальних імпульсів на виході РП4 регулюється за

допомогою сигналу зворотного зв'язку, який надходить з ланки 5 на вхід

підсилювача 3 і розширює зону вернення

∆

трипозиційного пристрою 4 при

його спрацьовуванні. Під час паузи цей сигнал відсутній.

Мінімальна тривалість імпульсу формується при малих сигналах

неузгодження. Мінімальна тривалість імпульсу установлюється ручкою “t

”,

вона визначає статичну точність у системі регулювання.

Контроль спрацьовування приладу РП-4 по напрямам роботи

реалізується за допомогою світових індикаторів “М” і “Б”.

У РП-4 передбачено дистанційне у три ступені підстроєння коефіцієнта

передачі “α

” і сталої часу інтегрування “T

” шляхом подачи на входи 2 і 3

напруги 24В постійного струму.

Пристрої РП4-У,Т,П відрізняються один від одного тільки схемною

реалізацією вхідного пристрою 1 і завдання 7.

Функціональний зв’язок між ступінчастим вхідним сигналом пристрою і

положенням вхідного органу виконавчого механізму має вигляд:

(

)

nвих

KtX

()













∫

dtX

tХ

вх

() () ()

[ ]

()

tXКTякщоtttХ

tXKdtX

tXK

вхnіз

вх

із

вхnвх

із

вхn

===∗∗+=+

∫

Тут Т

із

– час ізодрому , що дорівнює часу подвоєння вихідного сигналу

пропорційної частини під дією інтегрувальної складової регулятора.

3.4 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка змонтована на щиті КВП. Вона має

регулювальний пристрій РП4 ,сигнал з якого підсилюється за допомогою

тиристорного перетворювача ПБР-2М, виконавчий механізм сталої швидкості

МЭО-16/25-063-82, задавач ДЗП-4 і вторинний прилад РП-160, який слідкує за

ходом вала виконавчого механізму.

Вибір режиму роботи - “АВТ” або “РУЧ” здійснюється за допомогою

відповідного перемикача на щиті КВП. У ручному режимі керування

виконавчим механізмом здійснюється за допомогою ключа “Б-М”

установленого поруч з задавачем.

3.5 Порядок виконання роботи

Перед вмиканням установки в роботу необхідно :

1 .Установити нульове значення сигналу завдання . Висунути шасі

регулювального пристрою з корпусу і на боковій панелі органи

настройки установити в положення

“∆”-0.3, “α

”-∝, “T

”-мах, “Т

”-0, “t

”= 0.1,

“α

∑

”-0.5, “α

”-0, “α

”-1, “α

”-0, “α

”-0.5.

2 .Подати напругу живлення на регулювальний пристрій РП4 і вторинний

прилад Р160.

3 .Провести балансування РП4 за допомогою коректора . При цьому

світлові індикатори на передній панелі повинні не світитися.

4 .Виконати градуювання настройки коефіцієнта передачі регулятора К

Встановити максимальне значення часу інтегрування T

. При кожному

новому положенні настройки α

подавати на вхід регулятора ступінчастий

сигнал , різко повертаючи ручку задавача .Значення вихідної величини

фіксувати на вторинному приладі .За отриманими даними побудувати графік

залежності розрахованого коефіцієнта передачі К

від положення настройки

Примітка. Перед кожним дослідженням коефіцієнта передачі ручку T

установити у положення “О” на 1-2 хв., після чого повертати у необхідне

положення .

5 Виконати градуювання часу інтегрування T

Для трьох-чотирьох значень α

зняти вихідні характеристики регулятора

при різних положеннях настройки T

. Вхідний сигнал подавати різким

поворотом ручки задавача, а вихідний фіксувати на вторинному приладі . При

цьому швидкість діаграми РП160 повинна бути вибрана так ,щоб на часовій

характеристиці регулятора чітко було видно дію П і І – складових закону

регулювання . Розраховані значення T

установити по знайденому із графіків

часу ізодрома Т

із

=Т

под

і установленому при цьому коефіцієнту передачі α

із

Тут Т

із

- розрахований час ізодрому, який дорівнює часу подвоєння Т

под

,за

який вихідний сигнал пропорційної частини регулятора, подвоюється під

впливом інтегрувальної складової ПІ- закону.

Перед кожним дослідженням РП4 переводиться у режим ручного

керування , виконавчий механізм повертається у початкове положення і

установлюються нові значення органів настройки при нульовому вхідному

сигналі . Після цього прилад переводиться у режим автоматичного керування і

подається ступінчастий вхідний сигнал.

За результатами досліджень побудувати графік залежності

розрахованого часу інтегрування від значення настройки T

а також графік

впливу величини настройки α

на T

3.6 Зміст звіту

Звіт повинен мати назву роботи , функціональну схему регулятора,

результати дослідження і градуювальні характеристики настроювальних

параметрів, а також висновки за отриманими результатами.

3.7 Питання для самоперевірки

1 Як працює регулювальний пристрій?

2 Як формується інтегральна складова закону регулювання ?

3 У чому різниця часу ізодрома від часу інтегрування?

4 Що і як впливає на тривалість пауз інтегрувальних імпульсів?

5 Яка роль виконавчого механізму у формуванні ПІ-закону регулювання?

6 Від чого залежить тривалість першого імпульсу?

7 При яких умовах РП4 перетворюється у три позиційний регулятор?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

ДОСЛІДЖЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛЮВАЛЬНОГО БЛОКА Р27

КОМПЛЕКСУ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ “КАСКАД 2”

МЕТА РОБОТИ- вивчити конструкцію , особливості формування

алгоритмів керування та експлуатації регулювального блоку з імпульсним

вихідним сигналом , дослідити його статичні та динамічні характеристики ,

побудувати градуйовані характеристики органів настройки.

4.1 Загальні відомості

Регулювальний блок Р27 призначений для використання у схемах

автоматичного регулювання технологічних параметрів у різних галузях

промисловості. Використовується у комплекті з первинними перетворювачами,

які мають уніфіковані вихідні сигнали постійного струму 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20

мА, 0-10В, -1-0-+1В.

Блок виконує наступні функції : складання вхідних сигналів;

- масштабування вхідних сигналів;

- введення інформації про завдання значення регульованої величини,

формування і підсилення сигналів відхилення регульованої величини від

заданого значення;

- формування стандартних законів регулювання: П, ПІ, ПІД разом з

виконавчим механізмом, а також дво - і трипозиційного.

Для керування виконавчим механізмом блок має два вихідних канали.

Перший забезпечує формування імпульсів напруги постійного струму з

середнім значенням 24В , а другий – формування імпульсів напруги постійного

струму з амплітудою 10-15 В.

Регулювальний блок складається з вимірювального модулю ИОО1.1,

регулювального модуля РО27.1 і джерела живлення.

Будова приладу

Конструктивно блок складається з шасі , жорстко зв’язаного з передньою

панеллю та зварного корпусу.

Корпус блока розрахований на утоплений щитовий монтаж.

Органи настройки і контролю блоку розміщені на бокових панелях у

середині корпусу з правої сторони шасі. Доступ до цих панелей

забезпечується при частково висунутому шасі із корпусу. Для цього необхідно

натиснути кнопку замка ,розміщену у нижній частині передньої панелі , після

чого потягнути шасі на себе.

На панелі регулювального модуля розміщені:

“∆”- орган плавної зміни зони нечутливості ;

“α

”- орган плавної зміни коефіцієнта передачі;

“T

”- орган плавної зміни сталої часу інтегрування;

“Выкл.”, “х1”, “х10”- комутаційні гнізда з перемичкою для дискретної

зміни множника сталої часу диференціювання та вимкнення диференціальної

частини закону регулювання;

“T

” – орган плавної зміни сталої часу диференціювання;

“T

дф

”- орган плавної зміни сталої часу демпфування”

“t

”- орган плавної зміни тривалості імпульсу.

На панелі вимірювального модуля ИОО1.1 розміщенні наступні органи

настройки:

“α

”, “α

” – органи плавної зміни масштабних коефіцієнтів передачі

за відповідними входами;

“Кор.” – орган плавної зміни сигналу коректора;

“уст.0” – орган балансу вимірювальної схеми;

“+”, “-“, - комутаційні гнізда із перемичкою для зміни полярності сигналу

коректора;

“α

зд

” – орган плавної зміни діапазону дії зовнішнього задавача ;

“ε”, “от” – контрольні гнізда для виміру сигналу відхилення.

Опис роботи регулювального блоку.

Функціональну схему Р27 наведено на рис.6. Вимірювальний модуль

И001.1 реалізує підсумовування і масштабування вхідних сигналів, введення

заданого значення регульованої величини, формування і підсилення сигналу

відхилення регульованої величини від заданого значення і має наступні

функціональні вузли:

- модулятори 1, 2, 3 для перетворення уніфікованих вхідних сигналів

постійного струму на сигнали напруги змінного струму. У модуляторах 2, 3

вхідні сигнали множаться додатково на відповідні масштабні коефіцієнти

;

- підсилювач – модулятор 4 для складання сигналів постійного струму,

перетворення суми на сигнал змінного струму і множення на масштабний

коефіцієнт

;

- суматор, який забезпечує гальванічне розділення всіх підсумованих

вхідних сигналів один від одного і від вихідного сигналу;

- коректор для ручного коригування вихідного сигналу;

- демодулятор – підсилювач для перетворення вихідного сигналу суматора

на напругу постійного струму і формування вихідного сигналу модуля (сигналу

відхилення);

- генератор імпульсів прямокутної форми для комутації ключів модулятора

і демодулятора;

- джерело опорної напруги для живлення вузла коректора і зовнішнього

потенціометричного задавача, який вмикається до блоку.

Статична характеристика вимірювального модуля описується рівнянням:

кор5

i4433221

XXXXXXE ±−±⋅±⋅±±=

∑

ααα ;

де Х

, Х

,..., Х

– вхідні сигнали модулятора, отримані від первинних

перетворювачів, у відносних величинах від діапазону зміни;

–

масштабні коефіцієнти.

Модуль виконує підсумовування та масштабування вхідних сигналів,

введення заданого значення регулювальної величини, формування та

підсилювання сигналу відхилення регульованій величини від заданого

значення.

Общаяточка

входаХвх

ВХОДХ41

0-5мА

ВХОДХ41

0-5мА

ВХОДХ43

0-20 мА

ВХОДХ44

0-10 В

ВХОДХ45

-1.,0...+1 В

УСИЛИТЕЛЬ-

МОДУЛЯТОР 4

ОТ

МОДУЛЯТОР 3

МОДУЛЯТОР 2

МОДУЛЯТОР 1

ВХОДХ3

0-5мА

ВХОДХ3

0-5мА

ВХОДХ2

0-5мА

ВХОДХ2

0-5мА

ВХОДХ1

0-5мА

ВХОДХ1

0-5мА

СУММАТОР

КОРРЕКТОР

ДЕМОДУЛЯТОР-

УСИЛИТЕЛЬ

ИСТОЧНИК

ОПОРНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

ГЕНЕРАТОР

Общая точка

входа Хвх

ВХОД Х43

0 - 20 мА

ВХОД Х44

0 - 10 В

ВХОД Х45

-1.,0...+1 В

13 21 11

ОТ

1 17 15

ИОО1.1

СУММАТОР

ПРЯМРГО

КАНАЛА

ОТ

ДИФФЕРЕНЦИАТОР

ОТ

ОБЩАЯТОЧКА

КЛЮЧЕЙ -24В

Выход Z1

БОЛЬШЕ

ОБЩАЯТОЧКА

Выход Z0

Внешнее

управление

Р02Z1

117 1519

+15 ВОТ -15 В

Выхд

0 - 10 В

ВХОД Х02

0 -10 В

ВХОД Х03

0 - 10 В

ВХОД Х01

0 - 10 В

Общая точка

(ОТ)

ИНТЕГРАТОР

ОТ

ДЕМПФЕР

СУММАТОР

ОБРАТНОЙ

СВЯЗИ

ИЭ

РЕПОЗИЦИОННЫЙ

ТРИГЕР

Выход Z1

МЕНЬШЕ

Выход Z1

0-10 В

~220 В

КОРПУС

"ЗЕМЛЯ"

ИПСО11

1 2 3 4 5 6

+15 ВОТ -15 В

ОТ ОТ

ОТ

Рис.6. Функціональна схема Р27

Регулювальний модуль виконує формування вихідних імпульсів

електричних сигналів по каналах Z

і Z

відповідно до встановленого закону

регулювання і має наступні функціональні вузли:

- демпфер для фільтрації вхідних сигналів за аперіодичним закону із

сталою часу

дф

Т ;

- суматор прямого каналу для складання вихідного сигналу

вимірювального модуля і вихідного сигналу;

- диференціатор, який є реальною ланкою диференціювання зі сталою часу

;

- трипозиційний тригер для формування вихідних імпульсів;

- інтегратор, який є аперіодичною ланкою;

- суматор каналу зворотного зв'язку;

- підсилювач потужності для формування вихідного сигналу по каналу Z

Сума вхідних сигналів Х

і Х

модуля перетворюється демпфером за

аперіодичним законом зі сталою часу

дф

Т і надходить на вхід суматора прямого

каналу, де підсумовується з вхідним сигналом модуля Х

. Вихідний сигнал

суматора прямого каналу керує трипозиційним тригером з зоною нечутливості

∆

. Суматор прямого каналу і трипозиційний тригер мають функціональний

зворотний зв'язок через інтегратор, який є аперіодичною ланкою зі сталою часу

. Інтегратор охоплений жорстким негативним зворотним зв'язком через

суматор каналів зворотного зв'язку.

За наявністю сигналів на вході модуля у контурі з функціональним

зворотним зв'язком з'являється режим періодичних вмикань. Це пояснюється

компенсувальною дією сигналу зворотного зв'язку – основного сигналу на

вході суматора прямого каналу. При цьому трипозиційний тригер закривається

і на виході регулятора зникає сигнал. Зникає він і на вході ланки зворотного

зв'язку. У зв'язку з розрядом конденсатора в RC – колі інтегратора вихідний

сигнал аперіодичної ланки зворотного зв'язку зменшується, а загальний сигнал

на вході підсилювача прямого каналу зростає. Коли він стане більшим за зону

нечутливості, трипозиційний тригер відкривається і на виході регулятора

з'являється сигнал. Цей сигнал надходить і в коло негативного зв'язку,

сприяючи зростанню вихідного сигналу аперіодичної ланки. При цьому

сумарний сигнал на вході підсилювача прямого каналу падає, і коли стає

меншим за зону нечутливості поділенної на два трипозиційний тригер

закривається. Сигнал на вході регулятора і ланки зворотного зв'язку зникає і

процес у схемі повторюється.

В результаті цього на виході трипозиційного тригера формується

послідовність імпульсів, полярність і скважність яких залежать від полярності

та величини вхідних сигналів. Ці імпульси подаються на вихід Z

модуля

безпосередньо, а на вихід Z

– через підсилювач потужності. В результаті

інтегрування вихідних імпульсів за рахунок дії виконавчого механізму

формується ПІ– закон регулювання. При цьому стала часу інтегрування

дорівнює часу розряду конденсатора у аперіодичній ланці зворотного зв'язку, а

коефіцієнт передачі встановлюється ступенем дії функціонального негативного

зворотного зв'язку.

Тривалість імпульсів t

додатково регулюється зміною жорсткості

позитивного зворотного зв'язку, який охоплює трипозиційний тригер через

суматор прямого каналу. Цей зв'язок змінює зону вернення релейного елементу,

рамки якої встановлюють тривалість паузи.

Відповідно до методу гармонійного балансу релейний елемент (тригер)

приблизно може бути уявлений підсилювальною ланкою з передаточною

функцією:

(

)

.е.н.e.p

KpW

Коефіцієнт передачі є змінною величиною, яка залежить від величини

вхідного сигналу. Але при

вхвих

завжди

.е.н

, а при

вх

коефіцієнт

∞

→

.е.н

Передаточна функція регулювального пристрою, який має послідовно

увімкнені демпфуючу ланку, релейний елемент, охоплений негативним

зворотним зв'язком і виконавчий механізм, має вигляд:

() () ()

(

)

() ()

()

() ()

()

() ()

()

;

pWpW

pWK1

pWpW

pWK1

pWpWK

pWpW1

pWpWpW

.з.з

.м.вдф

.з.з.е.н

.м.в.ф.д

.з.з.е.н

.м.вдф.е.н

.е.р.з.з

.е.р

.м.вдф.рег

⋅

⋅+

⋅⋅

⋅+

⋅⋅=

де

()

;

pT1

дф

⋅+

()

;

pT1

.з.з

⋅+

()

;

pT1

.м.в

⋅+

Після підставлення значень передаточних функцій отримаємо:

()

() ()

.pWpW

pT1

ПІвх

і.м.в

дф

.м.в

дф.м.в

дф

.м.вдф

рег

⋅≈













⋅

+⋅

⋅

⋅+

⋅⋅

⋅

⋅+

⋅⋅

⋅+

⋅

⋅+

αα

Цей вираз відповідає стандартному ПІ – закону регулювання з

демпфуючою ланкою на вході.

Для введення диференціювальної складової у закон регулювання на вході

ПІ – регулятора додатково увімкнений диференціатор, сигнал з якого подається

на вхід суматора прямого каналу паралельно сигналу неузгодження

вимірювального модуля.

Передаточна функція регулятора у цьому випадку має вигляд:

() ()

[ ]

()( )

,pT

pT1pWpW1pW

із

івм

дПІдПІД













⋅+

⋅

+⋅=













⋅

+⋅

⋅

⋅⋅+=⋅+=

де ;

вм

ді

⋅

;

ді

із

= ;

ТТ

ді

ід

⋅

– коефіцієнт передачі регулятора;

із

– стала часу ізодрому;

– стала часу випередження.

Отриманий вираз відповідає стандартному ПІД – закону із

взаємозалежними настройками.

При вимкнені Д – складової реалізується ПІ – закон регулювання. У модулі

передбачено можливість вимкнення і інтегрувальної складової. У цьому

випадку реалізується три- і двопозиційний закони регулювання. При охопленні

регулятора жорстким негативним зворотним зв'язком з виходу датчика

положення вихідного органу виконавчого механізму реалізується П – закон

регулювання.

Коло вхідних сигналів модуля гальванічно розділений з колом вихідного

сигналу по каналу Z

і гальванічно пов'язаний з колом вихідного сигналу по

каналу Z

Вихідні сигнали по каналах Z

і Z

модуля є вихідними сигналами блоку у

цілому.

4.4 Опис лабораторної установки

Досліджуваний регулювальний блок Р27 установлений на щиті КВП. Під

ним розміщений задавач ЗУ11, сигнал з якого подається на вхід

вимірювального модуля. Вихідний сигнал Р27 надходить до безконтактного

підсилювача ПБР-2М, який керує роботою виконавчого механізму МЕО.

Сигнал зворотного зв’язку з виконавчого механізму подається на вхід

вторинного приладу РП160 і реєструється на діаграмній стрічці . Праворуч на

щиті КВП установлений перемикач режиму роботи “А” і “Р” , а ліворуч –

ключ ручного керування роботою МЕО.

4.5 Порядок виконання роботи

1 Ознайомитися з інструкцією і лабораторною установкою .