Лекція 11. Пневматичні П-регулятори, ПІ-регулятор та ПІД-регулятор. Пневматичні імпульсні регулятори (П, ПІ та ПІД-регулятори).

Система управління технологічними процесами являють собою сполучення одного або декілька об’єктів і одного або декілька управляючих притроїв, які взаємодіють між собою таким чином, щоб забезпечити ефективне виконання функцій управління технологічним процесом.

Простішими системами управління є автоматичні системи, які здійснюють стабілізацію окремого параметра або його зміну по заданій програмі – це системи автоматичного регулювання. В цих системах інформація о технологічних параметрах одержана за допомогою засобів автоматичного контролю, поступає в спеціалізовані розрахункові пристрої які здійснюють автоматичне регулювання. Простішими з таких розрахункових пристроїв є регулятори. Використання того чи іншого типу регулятора визначається особливостями об’єктів регулювання. Об’єкти умовно розподіляють на прості та складні. До простих об’єктів відносять об’єкти, у яких хід технологічного процесу визначається тільки одною регуліруємою величиною.

При автоматизації простих об’єктів використовують одно контурні системи регулювання з одним регулятором.

На рис.3.1 показана схема включення регулятора в одно контурну пневматичну систему автоматичного регулювання.

Алгоритм роботи регулятора це закон регулювання залежність вихідного сигнала Р_ВИХ. регулятора від вхідного і часу. Вхідним сигналом регуляторів є перепад тисків, пропорційний поточному та заданому значенню регулює мого параметру, т. б. Р_n – Р₃.

Рис.3.1. Схема одно контурної пневматичної системи автоматичного регулювання.

Пневматичні аналогові регулятори.

Пропорційний регулятор (П-регулятор) реалізує операцію

(3.1)

де К – коефіцієнт підсилення регулятора; Р_поч. – тиск, що відповідає початковому рівню роботи виконавчого механізму, при якому Р_n = Р₃.

Пропорційно-інтегральний (ПІ-регулятор) реалізує операцію

(3.2)

де Т_і – постійна часу інтегрування регулятора.

Пропорційно-інтегрально-диференціальний (ПІД-регулятор) реалізує операцію

(3.3)

де Т_Д – постійна часу диференціювання.

Пневматичний П-регулятор (рис.3.2) зібраний на мембранних елементах.

Регулятор включає в себе суматор 1, підсилювач тиску 2, підсилювач потужності 4, за датчик початкового рівня вихідного сигнала 3 та вимикаючого реле 5. в камеру В суматора 1, який являє собою чотирьохвходовий підсилювач, що робе в режимі підсумування, поступає тиск завдання Р₃ від вторичного прибора, в камеру Г – тиск Р_n, пропорційний поточному значенню регулюємої величини, а в камеру Д – тиск Р_поч. Від за датчика 3, що відповідає початковому значенню вихідного сигнала регулятора. На виході суматора відробляється тиск

(3.4)

Підсилювач тиску 2 підсилює тиск Р і Р_поч.. Сигнал заперечного зворотнього зв’язку в підсилювач 2 поступає з виходу підсилювача потужності 4, що збільшує точність роботи останнього. Тиск на виході підсилювача 2

(3.5)

де К – коефіцієнт підсилення регулятора, що дорівнює відношенню провідностей опорів.

Підставив значення Р з (3.4) в (3.5), одержимо

(3.6)

Т. ч. регулятор реалізує пропорційний закон регулювання. Коефіцієнт підсилення налагоджується шляхом зміни провідності k₁ пневмоопора. Для гашення автоколивань вузла мембранного блока підсилювача 2, які виникають при різних змінах тиску на виході регулятора, використовують додатній та заперечний зворотній зв’язок, що впливає крізь камери В і Г і компенсує один одного.

Пневматичний ПІ-регулятор. Схема аналогового ПІ-регулятора показана на рис.3.3. Регулятор складається з суматора 1, підсилювача тиску 2, підсилювача потужності 4, інтегратора 3 та вимикаючого реле 5. Від попереднього регулятора він відрізняється тим, що замість за датчика встановлен інтегратор 3. Тиск на виході інтегратора змінюється по закону

(3.7)

де Т_і – час інтегрування, що визначається ємністю V і провідністю k з опору.

Вихідний тиск ПІ-регулятора представлено в вигляді

(3.8)

Підставив замість Р_і в (3.8) його значення з (3.7), одержимо

(3.9)

Час інтегрування регулятора змінюють провідністю k₃ опора.

Пневматичний ПІД-регулятор.

Введення в закон регулювання замість пропорційної складаючої інтегральної складаючої усуває статичну похибку підтримки регулює мого параметра, але збільшує час регулювання. Тому в випадках, коли треба забезпечити відсутність статичної похибки і одержати малий час регулювання, застосовують ПІД-регулятори. Скорочення часу регулювання досягається за рахунок того, що регулятор діє на прцес не тільки в залежності від відхилення регулюємого параметра, але і від швидкості його зміни.

ПІД – закон регулювання реалізують, включив послідовно ПІ-регулятор та пристрій предваренія. Схема ПІД-регулятора на мембранних елементах показана на рис.3.4. Він складається з пристроя предваренія 6, пневматичного інтегратора 3, мембранного підсилювача 1, підсилювача тиску 2, підсилювача потужності 4 та двох вимикаючих реле 5 і 7. Тиск, що відповідає значенню регулює мого параметру, поступає на вихід пристроя предваренія 6 і інтегратора 3. елементи 1-4 складають ПІ-регулятор, в інтегратор якого поступає тиск Р_n, а в мембранний підсумовував замість тиску Р_n – тиск Р_Д від блоку предваренія. Тиск на виході ПІ-регулятора

(3.10)

Тиск на виході пристроя предваренія де Т_n – час предворенія пристрою 6, значення якого налаштовується зміною провідності k₄ пневмоопору.