Параметры настройки алгоритмов регулятора 4 страница

μ = К_сU_д, (6.11)

где К_шим, К_с– передаточные коэффициенты, соответственно ШИМ и замкнутой системы.

ШИМ формирует прямоугольные импульсы, управляющие состоянием транзисторных ключей. Длительность этих импульсов определяется величиной рассогласования заданного и фактического положения РО. Скорость и направление движения РО определяются величиной и знаком рассогласования ΔU = U_y – U_oc. При U_y = U_oc из выражения (6.8) получим γ = 0, из выражения (6.9) –U_д= 0, из (6.10) – ω = 0, т.е. перемещение РО прекращается.

6.4. Гидравлические и пневматические исполнительные

устройства

Гидравлические ИУ обладают отличными динамическими свойствами и массогабаритными показателями. К их недостаткам следует отнести необходимость гидростанции (это большие габариты и шум), очистки и термостабилизации рабочей жидкости.

В системах автоматики широкое применение получили гидроприводы, использующие в качестве исполнительного элемента гидроцилиндры, а в качестве управляющего элемента – электрогидрораспределители (рис. 6.8). В рассматриваемой схеме ГИУ можно использовать как интегрирующий, так и позиционный способ управления движением регулирующего или рабочего органа.

На схеме (см. рис. 6.8) приняты следующие обозначения: ГС – гидростанция (насос, регулятор давления, фильтры); ЭГР – электрогидрораспределитель потоков рабочей жидкости с центрирующими пружинами П1, П2 и электромагнитами ЭМ1, ЭМ2, перемещающими золотник ЭГР в рабочие позиции в соответствии с командами управляющего устройства системы (сигналом Uу); ГЦ – гидроцилиндр с поршнем двойного действия.

Рис. 6.8. Гидравлическое ИУ с постоянной скоростью перемещения РО

Чтобы понять принцип действия гидравлического ИУ, представленного на рис. 6.8, поясним правила изображения и чтения ЭГР:

·Гидрораспределитель изображают прямоугольником, разделенным на квадраты, число которых равно числу позиций золотника;

·Подключение внешних трубных проводок показывают для исходной (базовой позиции), когда U_у= 0;

·Направление потоков жидкости для рабочих позиций показывают стрелками внутри соответствующих квадратов;

·Для понимания работы ИУ следует мысленно переместить соответствующую рабочую позицию в исходную позицию золотника.

В соответствии с вышеуказанными правилами при подаче сигнала U_y на ЭМ1 поршень ГЦ будет перемещаться справа налево, а при подключении U_y к ЭМ2 – слева направо. В обоих случаях скорость перемещения РО будет постоянной, т.е. .

Пневмоприводы широко используются для автоматизации вспомогательных движений в рабочих машинах, в первую очередь в условиях, когда требуется взрывобезопасность, а также плавность и мягкость движений. Их недостатком является значительная инерционность.

Пневмоприводы могут обеспечивать как позиционное, так и пропорциональное управление движением регулирующих или рабочих органов. В обоих вариантах необходим источник энергии сжатого воздуха.

Позиционные пневматические исполнительные устройства включают в свой состав пневмораспределители золотникового типа с электромагнитным приводом и пневмоцилиндры одно- или двухстороннего действия. Устройство и принцип их действия аналогичны подобным гидравлическим ИУ (см. рис. 6.8).

Пневматические ИУ с пропорциональным управлением (позиционеры) используются для управления положением регулирующего органа (клапана) и, тем самым, изменения потока вещества в трубопроводе в соответствии с заданием управляющего устройства системы автоматизации.

В качестве примера на рис. 6.9 представлена принципиальная схема пропорционального пневматического ИУ с мембранным исполнительным элементом и нормально закрытым клапаном (РО).

На положение точки «б» рычага 4, а следовательно, и на положение золотника УК, оказывают влияние перемещение точки «а» под действием сигнала управления на сильфон и перемещение точки «c» штока 3 под воздействием мембраны 1, т.е. перемещение точки «с» определяет сигнал обратной связи по положению μ клапана потока вещества.

С ростом Р_у точки «а» и «б» рычага перемещаются вверх (рычаг поворачивается относительно точки «с»). При этом выход воздуха с УК в атмосферу уменьшается, а давление в мембранной камере привода возрастет, что приводит к перемещению штока 3, приоткрыванию клапана и увеличению потока F вещества через трубопровод. При перемещении точки «c» вниз в том же направлении будет перемещаться и точка «б» и золотник УК, вызывая увеличение выброса воздуха в атмосферу через УК. Движение клапана потока прекращается при достижении равенства сигналов управления (заданного потока) и обратной связи (фактического потока вещества). Таким образом осуществляется пропорциональное управление перемещением клапана по закону μ = К_сР_у.

Рис. 6.9. Пневматическое ИУ с пропорциональным управлением клапаном (позиционер): 1 – мембрана; 2 – пружина; 3 – шток; 4 – рычаг обратной связи по положению клапана; УК – управляющий клапан; F – поток вещества; Р_у– давление входное (сигнал управления); Р_пит – давление источника питания

Статическая характеристика позиционера представлена на рис. 6.10. Гистерезис характеристики обусловлен наличием трения в подвижных элементах привода.

Рис. 6.10. Характеристика управления пропорционального пневматического ИУ (позиционера)

7. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

7.1. Общие положения

Пневматические системы управления и регулирования имеют ряд достоинств, в частности взрыво- и пожаробезопасность, высокая надежность, простота в обслуживании и эксплуатации. Однако они имеют ограниченное быстродействие, что обусловлено конечной скоростью распространения сигналов в пневмолиниях. Это ограничивает область применения пневмосистем инерционными объектами.

Рабочей средой пневмосистем является сжатый воздух, очищенный от влаги, масла и твердых частиц.

В пневматических системах автоматики широкое применение нашла агрегатная унифицированная система пневматических приборов (АУС). В ее основе лежит агрегатный принцип построения систем промышленной автоматики: системы управления укомплектовываются стандартными блоками и приборами специальной конструкции, каждый из которых выполняет отдельную функцию (установку задания, индикацию, регистрацию, формирование регулирующего воздействия и др.).

Дальнейшим развитием устройств пневмоавтоматики явился модульный принцип, согласно которому каждый прибор не является специальной конструкцией, а собирается из пневмоэлементов (модулей) универсального назначения. Система, построенная по элементному принципу, получила название УСЭППА – универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики. В состав УСЭППА входят элементы дискретной техники (реле, элементы сравнения, логические элементы, пневмоэлектро- и электропневмопреобразователи, клапаны, конечные выключатели и др.) и элементы непрерывной техники (дроссели, повторители, сумматоры, усилители, пневмоемкости). На элементах УСЭППА можно строить релейные схемы управления, регулирующие системы, а также системы телемеханики.

Входной величиной элементов УСЭППА является унифицированный пневматический сигнал давления сжатого воздуха, изменяющийся в пределах 0,01–0,1 МПа. Конструктивно элементы выполнены из квадратных секций, между которыми расположены резино-тканевые мембраны. В секциях имеются полости, образующие совместно с мембранами пневматические камеры. Условные обозначения элементов в пневматических системах приведены в табл. 7.1.

Элементы непрерывного действия УСЭППА представлены тремя основными группами, в которые входят пневмосопротивления (дроссели), пневмоемкости (камеры) и усилители.

Дроссель предназначен для ограничения или изменения расхода протекающего через него воздуха, что обеспечивается созданием местного сопротивления на пневматических линиях. Дроссели основных типов приведены на рис. 7.1.

Постоянный дроссель (нерегулируемое пневмосопротивление) представляет собой капилляр длиной 20 мм и диаметром 0,18 или 0,30 мм (рис. 7.1, а). Большое отношение длины к ди-аметру капилляра обеспечивает ламинарный режим течения воздуха. Зависимость массового расхода воздуха F от перепада давления DР = Р₁ – Р₂ на дросселе (статическая характеристика) определяется равенством

где – проводимость постоянного дросселя (коэффициент, пропорциональный площади его проходного сечения), л/(ч×кПа).

Регулируемый дроссель обычно выполняют по схеме конус – конус (рис. 7.1, б). Уравнение его статической характеристики имеет вид

где – проводимость регулируемого дросселя, л/(ч×кПа).

Перемещение внутреннего конуса вызывает изменение площади кольцевого зазора дросселя и его гидравлического сопротивления. Проводимость дросселя при этом изменяется примерно в 10³ раз.

Регулируемый дроссель настраивается поворотом винта, связанного с внутренним конусом. угол поворота винта по шкале составляет 300 °С.

Переменный дроссель выполняется ввиде устройств сопло-заслонка или шарик-цилиндр (см. рис. 7.1, в-г). Их пневматическое сопротивление изменяется при перемещении заслонки относительно сопла или шарика относительно цилиндра. Режим истечения воздуха в них турбулентный.

Таблица 7.1