Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
Facultatea de Instalatii
REFERAT AUTOMATIZARI
SISTEME DE REGLARE AUTOMATE
Sisteme de reglare automata ale proceselor tehnologice si legi tipice de reglare
Functii
si proprietati principale ale sistemelor de reglare automata
Sistemele de reglare automata (SRA) constituie elementele
principale ale oricaror sisteme de automatizare (SA),
inclusiv si ale proceselor tehnologice (PT) industriale.
SRA sunt concepute pentru a realiza urmatoarele functii :
Insa pentru realizarea tuturor acestor functii SRA trebuie sa satisfaca anumitor cerinte. In primul rand, ele fie sa aiba o structura inchisa, in care parametrul principal de iesire y(t), masurat cu ajutorul unui traductor (T), se aduce printr-un circuit de reactie negativa UR(t) la intrarea regulatorului (R), unde se compara cu parametrul de referinta (prescriere) de la intrare UI(t) , impus de un element de prescriere (EP) (fig. 1.1). Datorita reactiei negative, numai in regimuri dinamice poate aparea o abatere (eroare) Uε(t)=UI(t) - UR(t) relativ mare, deoarece in regim stationar aceasta eroare, fiind prelucrata continuu de regulator, amplificata de amplificator(A), pune astfel in functiune elementul de executie(EE) si organul de lucru (OL), incat sistemul este adus la starea de echilibru, cand Uε(t)≈0, adica cand UR(t)≈UI(t) si y(t)=const. In procesele tehnologice industriale in calitate de marime de iesire y(t) poate fi presiunea, nivelul, debitul sau temperatura unui lichid sau gaz, iar ca element de executie si organ de lucru - electromagnetul unui ventil sau servomotorul unui robinet din conducta de transportare a lichidului.
Fig. 1.1. Structura generala a SRA a PT cu o singura bucla de reglare automata
In
aceasta structura parametrul p(t) reprezinta
perturbatia PT, de exemplu debitul de consum al lichidului sau gazului
respectiv, care, de regula, are o actiune negativa asupra parametrului reglat
y(t), de aceea se indica cu semnul minus.
In sistemele de automatizare ale PT cu actionari electrice reglabile (AER)
aceste actionari indeplinesc rolul EE, ele insasi avand sistemul lor propriu de
reglare automata cu una sau doua bucle inchise, legate in cascada (serie). In figura
1.2 este prezentata o structura generala a unui astfel de sistem cu traductor
de curent (TC), regulator de curent (RC) si convertor (C)in
bucla interioara, traductor de viteza (TV) si regulator de viteza (RV)
a motorului (M) in bucla mijlocie, traductor tehnologic
(TT) si regulator tehnologic (RT) in bucla exterioara a
parametrului tehnologic y(t). In aceasta structura motorul pune in miscare masina
de lucru (ML) - o pompa, de exemplu, sau un
ventilator.
Fig. 1.2. Structura generala a SRA a PT cu actionare electrica reglabila
Pentru a identifica proprietatile statice si dinamice principale ale SRA, este suficient de analizat o singura bucla, in care elementele conectate consecutiv si cu parametri constanti se reprezinta pentru simplificare printr-un singur element combinat [8, 10]. In figura 1.1 printr-un singur element, numit obiect de reglare (OR), pot fi reprezentate amplificatorul, elementul de executie, organul de lucru, procesul tehnologic si traductorul. Insa traductorul, cu coeficientul sau de transfer KT, se afla in circuitul de reactie, de aceea pentru ca schema simplificata sa fie echivalenta cu cea initiala, el se transfera nu numai in circuitul principal, ci si in cel de prescriere de la intrare cu o functie inversa, adica 1/KT (fig. 1.3).
Fig. 1.3. Schema simplificata si echivalenta a SRA cu circuit de reactie unitara
Elementele
SRA, mentionate mai sus, se descriu prin una sau cateva ecuatii algebrice sau
diferentiale cu parametri diferiti, care caracterizeaza principiul fizic de
functionare al lor si care pot fi chiar neliniare. Tinand cont de numarul mare
de elemente, numarul total de ecuatii devine si mai mare, alcatuind un sistem de ecuatii algebrice si diferentiale, liniare si
neliniare, rezolvarea caruia devine o problema dificila, posibila numai cu
ajutorul calculatorului. Pentru iesirea din aceasta situatie, teoria sistemelor
automate propune o metoda relativ simpla, dar universala, cunoscuta sub denumirea
de metoda operationala, (sau sub alta denumire), bazata pe
inlocuirea ecuatiilor diferentiale cu ecuatii algebrice cu ajutorul
Transformatei Laplace si a variabilei ei s=d/dt, precum si pe reprezentarea
fiecarui element printr-o functie de transfer (f,d.t.),
iar a schemei bloc - printr-o schema structurala.
O functie de transfer, notata de exemplu prin H(s), se defineste ca raportul
dintre imaginea marimii de iesire a unui element sau a unei bucle, (ca o
functie de parametrul s) catre imaginea marimii de intrare pentru conditii
initiale nule, adica reprezinta coeficientul complex ( dinamic si static) de
amplificare (transfer) al lor :
Aceasta functie caracterizeaza cum variaza iesirea elementului in raport cu variatia semnalului de intrare, deoarece.
Inlocuind fiecare element din figura 1.3 cu functia lui de transfer, se obtine schema structurala a buclei sau SRA (fig. 1.4).
Fig. 1.4. Schema structurala a SRA simplificat din figura 1.3
A
doua conditie,
necesara pentru obtinerea functiilor enumarate mai sus, consta inacordarea
optima a SRA sau a parametrilor regulatorului electronic, care pot fi
modificati usor in conformitate cu parametrii obiectului de reglare, care sunt,
de regula, constanti. Daca aceasta acordare este
efectuata, SRA poate asigura performante dinamice (timp de pornire, oprire sau
reglare) mult mai bune decat in bucla deschisa, iar daca nu este facuta, poate
chiar sa nu functioneze de loc, adica sa fie instabil. Ca urmare, acordarea
optima este obligatorie pentru implementarea in practica
a oricarui sistem de reglare automata. Insa ea necesita, la randul ei, o cunoastere
sau identificare a parametrilor statici si dinamici ai elementelor OR,
care pot fi obtinuti pe baza ecuatiilor modelului matematic in raport cu
semnalele de intrare si iesire. In unele cazuri acest model nu este cunoscut, sau este cunoscut partial. De aceea au fost
elaborate diferite metode analitice, grafo-analitice si experimentale de
identificare a proceselor si OR [2-4]. Ultimele se bazeaza pe
aplicarea unor semnale tipice la intrare, de exemplu a unui semnal treapta
unitara, urmarind reactia in timp a semnalului de iesire.
Presupunem, ca in rezultatul utilizarii unei anumite metode, s-a identificat un
obiect de reglare cu 2 elemente aperiodice, cu un coeficient sumar de transfer
KOR si cu 2 constante de timp diferite : una mare Tor si alta
mica Tµ :
In afara de aceasta identificare, acordarea optima a SRA mai prevede inca o treapta importanta - alegerea tipului si parametrilor regulatorului. Alegerea tipului regulatorului presupune, la randul sau, identificarea legii realizate de reglare.
|
