219831167 Sisteme de Reglare Automata Sisteme de Automatizari 2014
Post on 24-Nov-2015
249 Views
Preview:
Transcript
Sisteme de reglare automat
Generaliti
Un sistem poate fi considerat un ansamblu de elemente aflate n interaciune. Oricrui fenomen
i se poate asocia un sistem. Diferena dintre fenomenul real i sistemul asociat o dau modul de
definire ai parametrilor caracteristici fenomenului respectiv. Sistemul asociat mai poart numele
de model cu anumii parametrii, iar operaia modelare (de cele mai multe ori matematic).
Deoarece se ncearc definirea fenomenului prin intermediul unor operatori matematici, apar
erori n estimarea evoluiei fenomenului respectiv. Pentru a obine o estimare cu grad mare de
precizie s-au introdus mecanisme i circuite care monitorizeaz parametrii sistemului i intervin
prin diferite instruciuni n analiza modelului pentru regelrea, meninerea sau modificarea major
a unor parametrii ce descriu evoluia acestuia. Procedurile respective se numesc mecanisme de
control, iar teoreticienii au numit tiina care studiaz aceste lucruri teoria controlului.
Ramura tiinei care se ocup cu studiul metodelor i mijloacelor prin intermediul crora se
asigur conducerea proceselor tehnice fr intervenia direct a operatorului se numete
automatic. Realizarea practic a conducerii proceselor tehnice se numete automatizare.
Conducerea proceselor se realizeaz pe baza principiilor: cu aciune dup cauz, efect sau mixt
cauz i efect.
n continuare sunt ilustrate schematic cele trei principii (n figurile de mai jos).
MC PC
Perturbaii
Program prescris
Cale direct -
comenzi
Calea de reacie - informaii
Mrime reglat
Fig. nr. 1 dup
cauz sau
perturbaie
Sisteme de reglare automat
2
Figura nr. 1 reprezint schema simplificat a principiului de conducere dup cauz (abatere
sau perturbaii), fig. 2 reprezint schema simplificat a principiului de conducere al aciunilor
combinate, iar fig. 3 reprezint principiul de conducere dup efect.
Pentru figura 1 pe calea de reacie circul informaii, pe calea direct circul comenzi. Pentru
fig. 2 pe cele doua ci de reacie circul informaii, iar pe calea direct circul comenzi. Pentru
fig. 3 pe calea direct circul comenzi, iar pe cea de reacie circul informaii.
Principiul aciunii dup efect se mai numete sistem de aciune dup abatere, se
prelucreaz informaia dup un program stabilit anterior i se execut comenzi asupra
procesului n vederea conducerii acestuia. Legturile stabilite n sistem sunt: legtura direct
prin care se transmit comenzi de la partea conductoare MC ctre partea condus PC;
legtura invers sau de reacie prin care se transmit informaii de la PC ctre Mcasigur
sistemului calitatea de autosesizare i autocorecie a erorilor proprii prin compararea cu o stare
de referin.
MC PC
Perturbaii
Calea direct
Calea de reacie
Program prescris Mrime reglat
Fig. nr. 3
dup efect
MC PC Program prescris Mrime reglat
Cale
direct
Calea de reacie 2
Calea de reacie 1
Fig. nr. 2
aciuni
combinate
Sisteme de reglare automat
3
Principiul aciunii dup cauz se mai numete principiul aciunii dup efect (cauz i efect).
Se urmrete prentmpinarea efectului nedorit al perturbaiei. Abaterea este presupus
aperiodic, din timp n timp (aperiodic) se face compararea datelor primite cu referina pentru
anihilarea erorilor. Nu exist circuit de reacie ntre PC i MC, acesta este un sistem
informaional deschis.
Principiul aciunilor combinate - se mai numete conducerea dup cauz i efect. Analiza
sistemului se face continuu: analiza sistemului informatiilor - se face dup cauz, iar
eliminarea perturbaiilor va fi fcut dupa efect.
Clasificarea sistemelor automate:
a) Dup principiul de funcionare i modul n care elementele sistemului automat sunt
interconectate avem: sisteme nchise cu aciune dup abatere i sisteme deschise cu
aciune dup perturbaie
b) Dup forma semnalelor purttoare de informaie sau comenzi avem: sisteme analogice
continue, sisteme digitale discontinue i sisteme hibride.
c) Dup caracterul reliilor dintre variabilele sistemului avem:sisteme liniare i sisteme
neliniare.
d) Dup gradul de adaptabilitate a structurii i funcionrii n condiii de lucru variate avem:
sisteme autoadaptive i sisteme cu acord fix.
Sisteme automate nchise
Sunt sisteme cu aciune dup abatere. Ofer sistemului calitaea de autodepistare i
autoreglare a propriilor erori. Dup funcia pe care o ndeplinesc pot fi: sisteme de reglare
automat SRA, sisteme de msurare/semnalizare SM/SA. , sisteme de comand automat
SCA.
SRA sistem de reglare automat este un sistem n bucl nchis.
Reglarea este o operaie executat cu ajutorul unui dispozitiv i al unor legturi prin care o
variabil a unui proces n desfurare numit varibil reglat este meninut n concordan cu
o mrime de referin (tot variabil stabilit de operator), prin modificarea altei variabile numit
de comand. Dispozitive folosite n acest scop: regulatoare, trductoare, elemente de execuie.
Reglarea automat este reglarea n care toate operiile sunt efectuate de anumite elemente,
iar legturile sunt coordonate de sisteme cu memorie.
Structura unui SRA
Sisteme de reglare automat
4
Elemente componente i rolul lor
EC element comparator cu rol de a compara mrimea de referin cu variabila reglat, RA
regulator automat modific forma semnalului de abatere dup o lege numit lege de reglare,
EE element de execuie transmite semnalul de execuie ctre instalaia de automatizat, TR
traductor care formeaz bucla de reacie, ofer semnalul de reacie care se compar cu
referina.
Mrimi de intrare/ieire din sistem
X mrime de referin
Y variabil reglat
Mrimi intermediare
semnalul de abatere, c mrime de comand, e mrime de execuie, nY o fraciune din
semnalul de ieire care este transformat de traductor n semnl de reacie r, ( = x r, 0)
Clasificarea SRA-urilor
a) In funcie de caracterul modificrii referinei
sisteme de stabilizare - valoarea referinei este constant n timp
sisteme cu propagare valoarea referinei se modific n timp conform unui program
stabilit anterior
sisteme automate de urmrire valoarea referinei se modific arbitrar, variabila reglat
urmarete referina conform unei legi matematice
b) n funcie de modul de acionare al organului de execuie
sisteme cu acionare direct traductorul i regulatorul sunt un bloc comun i
actioneaz asupra organului de execuie al elementului de execuie.
sisteme cu acionare auxiliar.
Exemple de sisteme automate
SM/SA ca sistem nchis
x EC
TR
r
RA
c
EE
e IA
perturbaii
Y
nY
Sisteme de reglare automat
5
Schema:
Elemente componente i rolul lor
Semnale ale sistemului
X mrime determinat de un traductor aflat intr-un sistem de msurare sau semnalizare,
semnal de eroare sau abatere, c semnal de comand, Y mrimea reglat.
TR traductor, EC element comparator, DEA dispozitiv de echilibrare automat (cand
eroarea este diferit de zero i Y diferit de X, DEA modific valoarea lui Y astfel nct Y s
tind ctre X i sa tind ctre zero), GSE generator de semnal etalon de la care se obine
semnlul de referin.
SM/SA ca sistem deschis
La sistemele deschise informaia se transmite intr-o singur direcie de la sursa de informaii
ctre obiectul supus automatizrii.
Schema
Elemente componente i rolul lor
TR traductor, ECTA element de comand, transmitere i adaptare folosit la transportul
informaiei de la un canal la altul, AVIS aparat pentru vizualizare care poate fi indicator,
inregistrator sau semnalizator.
Semnalele sistemului
TR ECTA
SP ST AVIS
EC
Scara gradat
TR X
_
-
-
+
DEA C
GSE Y
Y
Sisteme de reglare automat
6
SP semnalul purttor de informaie parcurge intr-un singur sens toate blocurile, este adaptat
n semnalul ST compatibil cu sistemul de vizualizare.
SCA ca sistem nchis
Elemente componente
OC organ de comand, EC element comparator, ECTA element de comand, transmitere
i adaptare, EE element de execuie
Semnale ale sistemului C* semnal provenit de la organul de comand care se afl in interiorul
elementului de execuie, restul la fel.
SCA ca sistem deschis
Elemente componente
OC organ de comand, restul blocurilor au aceeai semnificaie ca mai sus.
Semnale utilizate a semnal de la organul de comand prin care se transmite comanda la
elementul de execuie, semnalul fiind adaptat i prelucrat de blocul ECTA in semnalul b.
Schema general a unui SRA:
OC ECTA EE
a b
OC
ECTA
EC ECTA EE
nY
C* C
r
Sisteme de reglare automat
7
Blocurile funcionale sunt; C element comparator cu rol de a compara mrimea de referin X cu
mrimea de ieire reglat Y; RA regulator automat cu rol de a amplifica semnalul de eroare i de a
genera un semnal de comand c, conform unei legi matematice numit lege de reglare sau tipizat; EE
element de execuie cu rol de a aciona asupra instaliei a parametrului reglat; Tr traductor cu rolul de
a transforma o fraciune a mrimii de ieire n semnal compatibil cu referina pentru a putea fi comparat n
blocul comparator.
Pentru funcionare: perturbaiile modific parametrul de ieire Y, al instalaiei de automatizat IT. Aceast
modificare este transmis la elementul comparator dup ce n prealabil a fost convertit in semnal
compatibil cu referina de ctre traductor. Prin compararea celor dou mrimi se obine semnalul de
eroare a, numit i abatere, semnal care este prelucrat i aplicat instalaiei pentru modificarea mrimii de
ieire Y. Se dorete o valoare ct mai mic a abaterii.
Elementele schemei de reglare automat (SRA)
2.6.1 Traductoare
2.6.1.1 Generaliti
Definire: sunt dispozitive care transforma o marime fizica numita de intrare, intr-o marime fizica
de alta natura decat cea de intrare numita de iesire (sau de aceeasi natura dar cu alti
parametrii). Marimea de iesire este depenenta de marimea de intrare. Scopul transformarii este
acela de a intoduce marimea de iesire intr-un circuit de masurare compatibil pentru a putea
masura marimea de intrare.
Structura generala:
X Y
nY r
a c e RA EE IA
Tr
C
perturbaii
Sisteme de reglare automat
8
Rolul elementelor elementul sensibil transforma marimea de intrare, adaptorul adapteaza
marimea transformata, elementele de legatura pot fi conductoate sau circuite de conectare
contactoare statice.
Schema de masurare:
Locul traductorului in structura SRA-ului
Pe calea de reactie conform schemei:
Generator de
activare
Obiectul
masurarii m
Mari
me
neel
ectri
ca
traduc
tor
e
Marime
electrica
Dispo
zi
tive
inter
medi
are
t
Marime
prelucrata
Dispoziti
ve de
masura
re
Rezultatul
masurarii
Indicatie
Inregistrar
e
Cuplare cu
alte
sisteme
X0 marime
intermediara
Xe marime de
iesire Xi marime de intrare
ELEMENT
SENSIBIL -
DEDETECTOR
ELEMENT DE
LEGATURA SI
TRANSMISIE
ADAPTOR
SURSE AUXILIARE DE ENERGIE
Xi X0
Xe
Sisteme de reglare automat
9
Parametrii:
Traductorul stabileste o relatie intre marimea de intrare si cea de iesire Xe = f( Xi), Xe - marime
de iesire, iar Xi - marime de intrare. (Marimea intermediara X0 se obtine prin transformarea
marimii de intrare de catre adaptor poate fi o deplassare liniara sau circulara)
1) Natura fizica a marimilor de intrare si de iesire
Marimi de intrare utilizate mai des presiune, debit, temperatura.
Marimi de iesire utilizate mai des tensiune electrica, rezistenta electrica, intensitatea
curentului electric.
2) Puterea consumata la intrare si puterea transmisa elementului urmator
3) Caracteristica statica legea sau relatia matematicain conformitate cu care se
realizeaza dependenta dintre marimile Xe si Xi , adica functia f.
4) Sensibiitatea absoluta sau panta
Ka = Xe / Xi
5) Panta medie Km este aproximativ egala cu sensibilitatea, Xe = Km Xi + Xe0 , Xe0
valoarea de gol a marimii de iesire (valoarea de iesire calculata cand marimea de intrare
este nula).
Xi
0
Xe
Traductor
Sisteme de reglare automat
10
6) Domeniul de masurare sau sensibilitatea.
notate: Xe max, Xe min, Xi max, Xi min.
7) Eroarea absoluta definita ca diferenta dintre valoarea reala a marimii masurate si
valoarea pentru care s-a facut etalonarea.
8) Eroarea relativa definita ca raportul dintre eroarea absoluta si valoarea marimii de iesire
in punctul considerat.
Clasificari:
a) In functie de natura marimii de intrare: traductoare de marimi electrice - faza, frecventa,
putere, tensiune electrica, intensitatea curentului electric si traductoare de marimi
neelectrice nivel, debit, viteza, acceleratie, deplasare, presiune, temperatura..
b) In functie de natura marimii de iesire:
Parametrice
rezistive - fotorezistive, electrolitice, termorezistive, cu fir metalic, reostatice,
potentiometrice.
Inductive de inalta frecventa, de joasa frecventa.
Capacitive cu modificarea parametrilor: d, S, .
Generatoare
Fotovoltaice, pH metrice, termoelectrice, piezoelectice, de inductie.
Clasificarea traductoarelor de marimi electrice
Xemin Xi
Xe
0 Xi min
Xe max
Xi max
Sisteme de reglare automat
11
a) Dupa marimea fizica pe care sunt destinate sa o masoare de temperatura, de
presiune, de radiatii ionizate.
b) Dupa modul de variatie al marimii de iesire analogice si digitale.
c) Dupa principiul de functionare parametrice sau modulatoare si generatoare sau
energetice.
d) Dupa natua marimii de iesire (parametrul) rezistive, inductive, capacitive.
Traductoarele parametrice sunt traductoarele la care marimea neelectrica, influentand
proprietatile electrice ale unui corp este convertita intr-o marime electrica pasiva ( rezistenta,
inductivitate, capacitate electrica). Pentru a efectua masurarea este nevoie de o sursa auxiliara
de energie. Sunt sensibile si precise in raport cu cele generatoare.
Traductorele generatoare sunt traductoarele la care marimea neelectrica este convertita
direct intr-o tensiune electrica, tensiune care poate fi indicata cu un aparat de masura (este un
avantaj pentru ca nu se mai foloseste o schema de masurare, doar un aparat). Sunt mai putin
sensibile si precise decat cele parametrice
2.6.1.2 Traductoare pentru msurarea turaiei
Principaalele aparate cere permit msurarea pe cale electric a turaiei sunt: tahometrul cu
cureni turbionari, tahogeneratorul, tahometrele cu impulsuri, strobocpul.
Tahogeneratoare
Sunt traductoare pentru msurarea vitezei mainilor. n general, cele mai folosite au fost
tahometrele cu traductor electrodinamic tahogeneratoare.
Tahogeneratoarele sunt generatoare electrice rotative, de mic putere avnd construcie
special, care furnizeaz o tensiune electric proporional cu turaia. Funcionrea se bazeaz
pe principiul inducerii unei tensiuni electromotoare ntr-un conductor care se deplaseaz ntr-un
cmp magnetic.
Clasificare : de c.c sau de c.a.
Tahogeneratorul de c.c este o micromain de c.c. cu colector la care cmpul e excitaie este
furnizat de un magnet permanent. Se obine o valoare analogic a tensiunii proporional cu
turaia. Indicarea turaiei se face direct cu un aparat indcator electrodinamic etalonat n uniti
de turaie. Turaia nominal este de 750 2000 rot/min a tahogeneratorului. Datorit
neajunsurilor create de colector inelele n special, tahogeneratorul de c.c. a fost nlocuit de cel
de c.a.
Tahogeneratorul de c.a. se construiete pentru turaii cuprinse ntre 140 3000 rot/min. Este
format din bobine fixe i magnei permaneni (nu are nevoie de inele colectoare). Prin rotirea
magneilor permaneni, liniile cmpul magnetic sunt tiate, se induce n bobine o tensiune
alternativ a crei valoare efectiv este proporional cu turaia. n schema de msurare exist
un redresor pentru a putea msura curentul cu un aparat magnetoelectric. Arborele a crui
turaie se msoar este cuplat cu arborele tahogeneratorului.
Sisteme de reglare automat
12
Tahometre cu impulsuri cu traductor de impulsuri
Variante: cu reluctan variabil i fotoelectrice uzuale, variante sunt nenumrate.
a) Traductor cu reluctan variabil
Constructiv se compune dintr-o roat dinat din material feromagnetic care se rotete n faa
miezului din fier al unei bobine. Roata preia micarea axului a crui turaie o msurm, iar la
trecerea dinilor roii prin dreptul miezului traductorului are loc o modificare a reluctanei
circuitului magnetic, ceea ce duce la variaia fluxului agnetic produs de magnetul permanent
conform legii induciei electromagnetice. Tensiunea indus n bobin este proporinal cu viteza
de variaie a fluxului electromagnetic, deci proporional cu viteza de msurat.
f =
, f frecvena semnalului obinut la ieirea traductorului, n viteza de rotaie a roii
dinate, p nr. de dini ai roii.
b) traductor fotoelectric
Principiul de funcionare: avem un arbore cu turaie necunoscut. Pe arbore este dispus un disc
cu o fant. Pe axul fantei este un sistem fotoelectric compus din surs luminoas, dou sisteme
optice de focalizare a razelor, un sistem de detecie fototranzistor sau fotorezisten.n funcie
de viteza de rotaie frecvena impulsurilor datorate discului cu fant va crete sau va scdea.
Frecvena este apoi convertit n semnal electric, ea fiind proporional cu viteza arborelui.
Roata dinat
Bobin cu miez din fier
Arbore
Sisteme de reglare automat
13
2.6.2 Regulatoare
Definire un element de automatizare caruia i se aplica la intrare o abatere, iar la iesire se
obtine marimea de comanda.
Locul in SRA pe calea directa sau pe calea de reactie
Pe calea directa
Pe calea de reactie
REGULATOR
Sursa luminoas
Sistemul de detecie
Arbore
Fanfa discului
Oglinzi subiri
Sisteme de reglare automat
14
Schema bloc elemente componente:
ECP element de comparatie principal, ECS element de comparatie secundar, EP element
de prescriere referinta, ERS element de reactie secundara primeste la intrare marimea de
comanda de la iesirea amplificatorului oferind la iesire semnal de reactie secundara Xrs . De
obicei determina o dependenta proportionala intre Xrs si c, amplificator.
(t) Xrs = a1 (t)
Clasificare
a) Dupa tipul actiunii:
1- Cu actiune continua neliniare si liniare ( de tip P, I, D, PI, PD, PID)
2- Cu actiune discreta cu impulsuri modulate si numerice
b) Dupa caracteristicile constructive: unificate si specializte
c) Dupa agentul purtator de semnal: electrice, electromagnetice, hidraulice, pneumatice
d) Dupa viteza de raspuns: pentru procese rapide si pentru procese lente
e) Dupa sursa de energie din exterior:
1 directe nu este necesara o sursa de energie exterioare, transmiterea semnalului se
face pe baza energiei interne
2 indirecte se foloseste o sursa de energie exterioara elementului de executie.
Alegerea si acordarea regulatoarelor
ECP ECS amplificator
ERS
EP
X a1
xrs
c
REGULATOR
REGULATOR
Sisteme de reglare automat
15
Alegerea se stabileste tipul de regulator utilizat in schema specializat sau unificat
Acordarea se determina parametrii regulatorului si se ajusteaza acestia in funtie de
caracteristicile schemelor la care se utilizeaza. Tipuri de parametrii: la regulatorul P factorul de
apmplificare sau banda de proportionalitate, la cel de tip D constanta de timp de derivare,
pentru tip I constanta de timp de integrare.
Algoritm pentru alegerea tipului de regulator
1 se studiaza procesul tehnologic
2 se aplica la intrare un semnal treapta, se masoara continuu marimea de iesire
determinandu-se relatia Xe = f (t)
3 se traseaza caracteristica dedusa anterior si se calculeaza un parametru in functie de care
se alege regulatorul astfel:
J este punct de inflexiune al graficului
In punctul J se traseaza tangenta la grafic
Tangenta intersecteaza axa Ot in A si axa de valoare cvasistationara in D
Din D se duce o paralela la axa verticala, care intersecteaza axa Ot in C
Segmentul OA se numeste timp mort fictiv al instalatiei, in sensul intarzierii raspunsului, ca notatie Tm, iar segmentul AC e numeste constanta de timp fictiva, T, ca notatie.
Se calculeaza raportul Tm / T si se obtine o valoare. Se alege dintr-un tabel cu valori standardizate tipul de trgulator.
Xe
t
J
A C
D
O
Sisteme de reglare automat
16
T /Tm Tipul de regulator
Pana la 0,02 Regulatoare bipozitionale
Pana la 1 Regulatoare cu legi P, I, D
Peste 1 Regulatoare speciale
Functionare
Regulatorul primeste la intrare semnalul de abatere si ofera la iesire semnalul de comanda. In
blocul regulatorului are loc prelucrarea abaterii dupa o lege numita de reglare care asigura
obtinerea marimii de comanda. Marimea de comanda determina o buna functionare a SRA-ului,
prformante in regim stationar si tranzitoriu. (regim stationar marimile variaza foarte lent in timp
astfel incat pe anumite intervale pot fi considerate constante in timp; regim tranzitoriu
intervalul de trecere de la marimile variabile lent in timp la marimi variabile in timp).
Caracteristici statice si legi de reglare ale regulatoarelor
REGULATOARE CU ACTIUNE CONTINUA
Regulatoare liniare
Se considera urmatoarea schema de reglare automata:
Partea fixa este formata din elementul de executie, instalatia tehnologica, traductorul. Se poate
scrie a = X Y, X marimea de intrare, Y marimea de iesire, reglata, a abaterea, c
marimea de comanda. Dependenta dintre marimile a si c este o dreapta, de aceea
regulatoarele se numesc liniare.
Tipuri de legi numite tipizate o relatie matematica intre marimea de intrare abatere a si
marimea de iesire, de comanda c, c (t) = f ( a (t) )
EC RA F - partea
fixa a SRA
X
a c Y
nY
perturbatii
Sisteme de reglare automat
17
a = a(t), c c(t), marimi variabile lent in timp
a) Legea P proportionala
Definire: c(t) = K a (t), K factor de proportionalitate
Raspunsul la semnale treapta - a(t) = 1, si rampa - a(t) = mt, sau a(t) = mt + n:
a(t) = 1, c (t) = K semnal treapta
a(t) = mt, c(t) = Kmt semnal rampa
b) Legea I integratoare
Definire: c(t)
( ) , T constanta de timp de integrare
Raspunsul la semnal treapta si rampa:
a(t) = 1, c(t) ( )
pentru semnal treapta
a(t) = mt, c (t) =
m t2/2T + const. semnal rampa
c
a
a
c
0 0
t
Semnal treapta Semnal rampa
1
K
Regulator
automat
a - abatere c marime de
comanda
Sisteme de reglare automat
18
c) Legea D derivabilitate
Definire: c (t) = T
, T constnta de timp de derivare
Raspunsul la semnal treapta si rampa:
a (t) = 1, c(t) = 0 semnal treapta
a(t) = mt, c (t) = m semnal rampa
d) Legea PD proportional derivator
Definire : c(t) = K a(t) + KT
Raspunsul la semnal treapta si rampa:
a(t) = 1, c(t) = K semnal treapta
0 0
m 1
t
Semnal treapta Semnal rampa
t
0 0
Semnal treapta Semnal rampa
1
Sisteme de reglare automat
19
a(t) = mt, c(t) = Kmt + Km = Km (1 + t ) semnal rampa
e) Legea PID proportional integrtor - derivator
Definire: c(t) = K ( a(t) +
( ) + T1
( )
), T si T1 constante de timp de integrare si de
derivare, K constanta de proportionalitate.
Raspunsul la semnal treapta si rampa:
a(t) =1, c (t) = K +
- semnal treapta
a(t) = mt, c(t) = Kmt +
t2 + m semnal rampa
0
1
K
t
0
Semnal treapta Semnal rampa
Sisteme de reglare automat
20
Aceste reprezentari sunt pentru cazul ideal cand nu exista pierderi si intarzieri in raspunsul
regulatorului. In caz real semnalele sunt mai atenuate
Regulatoare neliniare
Dependenta dintre abatere si marimea de comanda nu este de forma unei drepte. Cele mai
utilizate regulatoare de acest tip sunt cele bipozitionale (RBP) si tripozitionale (RTP).
Dependenta dintre a si c se numeste caracteristica statica numai in regim stationar.
Regulatoare bipozitionale
Caracteristica statica ideala este de forma (fara pierderi):
Functionarea este asemanatoare releelor:
a daca a 0, c are valoare maxima constanta diferita de zero
b daca a 0 c = 0
Constructia regulatorului include si un releu. Denumirea de bipozitional vine de la faptul ca
marimea de comanda nu poate lua decat doua valori in regim stationar.
c
a
0
K
1
0
t 0
Sisteme de reglare automat
21
In caz real caracteristica prezinta histerezis, iar valorile marimii de comanda depind de sensul
variatiei abaterii creste sau descreste.
Astfel trecerea de la valoarea zero la valoarea maxima a marimii c se realizeaza pentru a h,
iar trecerea de la cmax la valoarea zero se realizeaza cand a -h.
Regulatoare tripozitionale
Caracteristica statica are forma
Se neglijeaza histerezisul si avem:
Daca -zi a zi , c = 0
Daca a zi , c = cmax
Daca a zi , c = - cmax
Deoarece marimea de comanda c poate lua trei valori regulatorul se numeste tripozitional.
REGULATOARE CU ACTIUNE DISCRETA SAU DISCONTINUA
cmax
cmax
0
zi zi
c
a
-h h 0
a
C max
c
Sisteme de reglare automat
22
Sunt actionate prin impulsuri, au aeleasi legi de reglare ca si cele cu actiune continua, difera
doar modul de obtinere al legii: semnalul de eroare este aplicat la intrarea regulatorului, apoi
transformat in semnal numeric cu un convertor analog numeric (CAN). Semnalul numeric este
prelucrat, decodificat de un convertor numeric analogic(CNA) si se obtine semnalul de
comanda. Valorile intermediare sunt pastrate in memoria interna a regulatorului.
Schema bloc:
Avantaje: legea de reglare poate fi schimbata simplu, sunt memorate valori la anumite intervale
de timp, se poate asigura reglarea simultana a mai multor marimi.
Dezavantaje: necesita sursa de alimentare esteioara.
In unele cazuri microprocesoarele sunt inlocuite cu microcontrolere. Acestea au urmatoarele
particularitati: dimensiune redusa, contin convertoare sub forma de module, raspunsul este
rapid, consum redus de energie, programul implementat este fix.
Exemplu de legi tipizate:
Legea P proportionalitate
c [ kT ] = K a [ kT] , marimile sunt esantionate cu perioada de esantionare T si in loc de a(t) vom
avea a [kT].
Lega I integrabilitate
Se stie ca y (t) = ( )
, reprezinta aria din figura nr. 1
CAN MICROPROCE
SOR
CNA
MEMORIE
a c
a
t
c
t 0
0
Sisteme de reglare automat
23
Pentru o marime esantionata integrarea unei astfel de marimi este suma arililor cuprinse in
intervalul t1 si t2 adica pe o perioada de esantionare ca in figura nr. 2.
Mod de realizare
Cele mai utilizate sunt constuite cu dispozitive si circuite electronice numite si regulatoare
electronice.
Elemente componente:
a) elemente pentru realizarea legilor tipizate P, I, D, PI, PD, PID , care se conecteaza in
circuitul de reactie sau in cel de intrare al SRA ului, amplificatoare operationale.
Circuitele formate din aceste amplificatoare operationale se numesc ciruite de corectie
RC care imbunatatesc functionarea SRA-ului. OBS. circuitele de corectie pot fi si
hidraulice sau pneumatice.
b) Elemente de comparatie
c) Elemente de legatura cu procesul in cazul electric firele din cupru .
d) Elemente de interfata cu operatorul aparate indicatoare care masoara valorile abaterii
si a marimii reglate.
e) Surse de alimentare.
Modul de realizare a circuitelor de corectie:
a) Amplificatorulde c.c. cu tranzistoare montate pe placi pentru procese rapide in sistem
unificat
b) Amplificatoare de c.c. cu tranzistoare montate pe placi cu sistem de modulare /
demodulare pentru sisteme cu precizie mai mare.
c) Amplificatoare cu circuite integrate amplificatoare operationale.
Variante constructive
Regulatoare liniare
Variante de conectare a circuitului de corectie
Coectarea in circuite de intrare si de reactie a amplificatoarelor
Cu amplificatoare operationale in tehnologie integrata. Circuitul de reactie locala trebuie
conectat intre iesirea amplificatorului operational si intrarea inversoare a acestuia pentru a
asigura caracterul negativ al reactiei.
t1 t2 t
y
Figura nr. 1 Figura nr. 2
y
t
t1 t2
Sisteme de reglare automat
24
Ipoteze de lucru:
a) Semnalul se aplica pe borna negativa a amplificatorului, borna pozitiva este legata la
masa.
b) Semnalul de intrare este aplicat pe borna pozitiva a amplificatorului operational, avand
avantajul unei rezistente de intrare mare
LEGEA P
caz a)
Presupunem U1 0, Un = 0, U2 0 ( borna inversoare pe care se aplica tensiunea)
I1 = Ii +I2, deoarece rezistenta de intrare este foarte mare putem considera Ii aproximativ zero.
Avem in acest caz I1 = I2
U2 = A ( Un Ui ), A este functia de amplificare a amplificatorului cu valori foarte mari
Deci Un Ui = U2 /A si Un Ui 0 Ui = 0.
I1 = (U1 Ui ) / R1, I2 = (Ui U2 ) / R2 I1 = U1 / R1, I2 = U2 / R2 U1 / R1 = U2 / R2
U2 = R2 / R1 U1 = k U1
Deci U2 = k U1 , iesirea este proportionala cu marimea de intrare, factorul de proportionalitate
fiind k = R2 / R1
Caz b)
U1 = Un , Ui Un
I2
R2
Ii
I1 R1
Ui U1
U2
AO
Un
Sisteme de reglare automat
25
presupunem ca semnalul de intrare este U1 0 U2 0
I1 I2 I
I = U2 / (R1 R2 ), Ui = I R1 = R1 / ( R2 R1 ) U2 U1 = k U2 , k constanta de proprtionalitate, k = = R1 / ( R2 R1 ).
LEGEA - I
Presupunem: U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2
I1 U1 / R1, I2 = C
U2 = Ti
I2
C
Ii
I1 R
Ui U1
U2
AO
Un
Uc
I2
R2
Ii
I1 R1
Ui U1 = U2
AO Un =
Sisteme de reglare automat
26
LEGEA D
Presupunem: U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2
I1 = C1
, I2 =
,
= C1
, U2 = R2C1
, R2C1 = T ste constanta de timp
de derivare
LEGEA - PI
U2 = KR ( U1 + 1/T .
I2
R2
Ii
I1 C
Ui U1
U2
AO
Un
Uc
Sisteme de reglare automat
27
Legea PI se mai poate obtine si cu schemele de mai jos:
I2
R2
Ii
I1 R1
Ui U1
AO
Un
C2
P
I2
R2
Ii
I1 R1
Ui U1
U2
AO
Un
C2
Sisteme de reglare automat
28
LEGEA - PD
Conditii presupuse indeplinite: U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2
U2 = - KR ( U1 + R1 C1 U1/t)
LEGEA - PID
Aceleasi conditii initiale U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2
I2
R2
Ii
I1 R1
Ui U1
U2
AO
Un
C1
IR1
i
IC1
I2
R2
Ii
I1 R1
Ui U1 =
U2
AO
Un =
C2
Sisteme de reglare automat
29
U2 =
( ( 1 +
) U1 + 1/ R2 C2 + R1C1U1/t ).
Conectarea in cadrul unui circuit de reactie in T al amplificatorului
Circuitul de corectie se conecteaza intr-o schema in T numai in cadrul unui circuit cu reactie
negativa. In circuitul de intrare este montata doar o rezistenta pentru limitarea curentului.
Realizeaza legea PD
Pentru legea PID avem:
AO
R1 R2
R0 C2
U1
U2
+
I2
R2
Ii
I1 R1
Ui U1
U2
AO
Un
C1
IR1
i
IC1
C2
Sisteme de reglare automat
30
Conectarea circuitului de corectie in cadrul unei scheme integrate in circuitul de reactie negativa
Schema poate arata astfel:
Regulatoare bipozitionale si tripozitionale
a) Obtinerea caracteristicii bipozitionale
Obtinerea caracteristiii bipozitionale se poate realiza cu schema de mai jos. Tranzistorul
functioneaza in regim de comutatie. Tensiunea Ua este proportionala cu abaterea, abatere care
poate avea valori pozitive sau negative, iar polaritatea tensiunii se modifica in functie de
valoarea abaterii. Tensiunea Ua este amplificate si aplicata circuitului baza-emitor al
tranzistorului. Daca notam cu a marimea abaterii cu i marimea de intrare sI cu e, marimea de
iesire putem scrie a = i e .
Circuit de corectie
Amplifi
cator
nr.1
modulator Amplifi
cator
nr. 2
demodula
tor Amplifi
cator
nr. 3
oscilator
c
Formeaza un
amplificator
oO
R1 R2
R0 C2
U1
U2
C1
+
Sisteme de reglare automat
31
Fie a > 0 si e < i , Ua are polaritate (+) la emitor si (-) la baza. Tranzistorul Q este polarizat
direct si conduce semnalul, bobina releului este parcursa de curent, isi inchide contactul
stabilind un curent prin elementul de executie. Marimea de iesire e creste. La un moment dat
vom avea e > i.
Pentru e > i avem a < 0, abaterea isi schimba semnul, la fel si polaritatea lui Ua, tranzistorul fiind
blocat. Prin bobina releului nu mai trace curent, contactul se deschide, iar alimentarea cu
energie a elementului de executie este intrerupta. Starea dureaza pana cand e devine mai mica
decat i. Procesul are caracter ciclic, marimea e variaza in jurul valorii prescrise prin marimea de
intrare i.
Caracterul bipozitional este dat de cele doua stari de conductie si de blocare. Ca amplificator se
poate folosi unul operational.
Exemplu:
amplificator
Ua
AUa
R
Q
Bobina unui
releu
electromag
netic
+ Un
-Un
Contactul
inchis de releu
Ue
Marimea de iesire s-a
notat cu Ue
Sisteme de reglare automat
32
Tensiunea U1 este proportionala cu marimea de intrare. Potentialul este asigurat prin R1 ( in AO
se aplica la intrare curentul I1 ). R3 este o rezistenta care realizeaza reactia pozitiva. Potentialul
U2 este proportional cu marimea de iesire, U3 este marimea de reactie.
Daca predomina efectul lui U1 avem:
a = i e, a > 0 U3 >0 si U4 < 0 tranzistorul conduce si releul actioneaza intra in
functie elementul de executie.
Daca predomina efectul lui U2 avem:
a < 0 U3 < 0 si U4 < 0 tranzistorul este blocat si elementul de executie nu
functioneaza.
Utilizari: la reglarea temperaturii cu o precizie foarte buna, deoarece marimea reglata e,
oscileaza in jurul valorii prescrise i si nu poate ramane egala cu aceasta.
b) Obtinerea caracteristicii tripozitionale
Se obtine prin conectarea a doua blocuri bipozitionale conform figurii:
A
R2
R1
U2
R3
R4
Q
bobi
na
Ue
U3
U1
U4
Up
Contactul releului
A
O
AO
Sisteme de reglare automat
33
1) Presupunem a > 0 si Ua> 0 ( are actiune predominanta in raport cu + Uz ), la bornle lui
Q2 avem potential pozitiv, deci conduce, releul RL2 inchide contactele si se asigura o
comanda pozitia din dreapta graficului de mai jos.
A
R22
R12
R32
R42
Q2
bo
bi
na
Ue2
U32
Uz
U42
Up2
Contactul releului
A
O
AO2
Ua
RL2
A
R21
R11
Uz
R31
R41
Q1
bo
bi
na
Ue1
U31
U41
Up1
Contactul releului
A
O
AO1
RL1
Sisteme de reglare automat
34
La iesirea lui Q1 avem potential negativ, nu conduce, releul RL1 are contactele deschise.
2) Uz < a < Uz , la iesirea ambelor amplificatoare avem semnal negativ, ambele
tranzistoare sunt blocate, nu conduc si releele au contactele deschise.
3) a Uz , actiunea lui Ua predomina asupra lui Uz la iesirea amplificatorului AO1 se
obtine semnal pozitiv conduce tranzistorul Q1 RL1 inchide contactul si are loc o
comanda corespunzatoare portiunii din stanga caracteristicii de mai sus. La iesirea lui
AO2 avem potential negativ Q2 blocat , deci nu conduce RL2 are contactele
deschise.
Utilizare: la comanda elementelor de executie realizate cu motor electric ( nu au o precizie atat
de buna ).
2.6.3 Elemente de execuie
Definire sunt partile prin care regulatorul actioneaza asupra intalatiei electrice sau procesului
reglat.
Locul in schema SRA-ului pe calea directa
Rolul asigura procesul prin care marimea de executie ajunge la obiectul reglarii automate
Elemente componente motor de antrenare si organ de executie
Element de
executie
cmax
cmax
0
z Uz
c
Ua
Sisteme de reglare automat
35
Principiul de functionare variatia unui debit de fluid prin modificarea sectiunii de trecere sau
prin modificarea energiei unei surse. Variatia energiei poate fi continua modificarea avand loc
intre valori limita sau discontinua, modificarea facandu-se doar pentru doua valori ( de exemplu
pentru valoarea zero si valoarea maxima ).
Clasificare electrice, pneumatice si hidraulice.
MOTOARELE DE ANTRENARE
Motoarele electrice
a) rotative de c.c sau de c.a.
b) liniare
Motoare pneumatice
a) cu membrana
b) cu piston
b 1) cu doua fete active
b 2) cu o fata activa
c) cu distribuitor
Motoare hidraulice
a) cu membrana
b) cu piston
c) cu distribuitor.
ORGANE DE EXECUTIE
Electrice
a) reostat
b) intrerupator
b1) de joasa tensiune
b2) de inalta tensiune
Neelectrice
a) robinet
a1) cu dubla actiune
a2) cu simpla actiune
b) vana
b1) cu clapeta
b2) cu paleta
Motor electric de c.c.
Cele mai utilizate sun cele cu excitatie separata
Sisteme de reglare automat
36
Motor de curent continuu cu excitatie separata:
Simbol:
Elemente componente: parte fixa stator cu rol de inductor, parte mobila rotor cu rol de
indus, infasurari, sisteme mecanice de prindere, conectare si transmitere a miscarii la elementul
urmator, scuturi, carcasa, sistem de conectare la reteaua de alimentare.
Principiul de functionare: pe baza legii inductiei electromagnetice intr-un circuit parcurs de
flux magnetic variabil apare tensiune electromagnetica indusa
Actionari cu motoare de c.c: pornire, reglarea turatiei, franare.
Pornirea direct de la retea pentru motoare de putere mica, iar pentru celelalte cu reostat de
pornire in trepte.
Franarea
a) Prin contracurent se schimba polaritatea tensiunii de alimentare a indusului, motorul
franeaza, nu opreste, pentru oprire se deconecteaza in momentul in care dorim sa il
oprim. Consuma multa energie care se pierde prin efect Joule Lenz.
b) Cu recuperarea energiei regimul de recuperare se obtine prin accelerarea motorului
peste valoarea turatiei de mers in gol si controlarea franarii pana la valoarea turatiei de
mers in gol cu ajutorul treptelor reostatului de pornire. Similar pentru scaderea turatiei la
valori sub turatia de mers in gol.
c) Dinamica consta in deconectarea motorului de la retea si inchiderea circuitului
indusului cu o rezistenta. Franarea este brusca si precisa.
Reglarea turatiei cu ajutorul reostatului de pornire, prin modificarea valorilor acestuia.
Sistemul de comanda se poate aplica pe excitatie sau pe indus, viteza de rotatie depinde de
marimea semnalului aplicat, iar sensul de rotatie depinde de polaritate
Motor de c.c tip solenoid
M
Simbol general
M Infasurare statorica
de excitatie
Mc.c. cu exitatie separata,
schema simplificata
Sisteme de reglare automat
37
Statorul este bobinat iar rototul este un magnet permanent. Asigura o miscare discontinua ,
bipozitionala ( inchis deschis, stanga dreapta ).
Schema de principiu:
Motoarele electrice sunt utilizate in schemele de automatizari care nu necesita o precizie foarte
mare.
Motoare pneumatice
Folosesc ca sursa de energie aerul comprimat. Sunt realizate pentru executarea de regula a
miscarilor de translatie de mare precizie.
Pot fi:
a) Rotative cu palete si cu roti dintate
b) Liniare cu piston si cu membrana
Exemple:
a) Motor pneumatic cu piston liniar fig. nr. 1 si nr. 2
b) Motor pneumatic cu roti dintate fig. nr. 4
c) Motor pneumatic cu membrana fig. nr. 3
La motorul pneumatic cu roti dintate, dantura rotilor poate fi dreapta, inclinata sau in V.
Miscarea rotilor este generata de transformarea energiei aerului sub presiune care este admis
la intrare si refulat la iesire dupa ce antreneaza rotile in miscare.
U
intrare
iesire
K
Sisteme de reglare automat
38
p
membrana
resort
capsula Intrare in capsula
tija
Motor
pneumatic cu
membrana
Fig. nr. 3
P0 p
p
Motor pneumatic
cu o fata activa
Motor pneumatic cu doua fete active
tija
piston p
tija
piston
Fig. nr. 1
Fig. nr. 2
Sisteme de reglare automat
39
Motoare hidraulice
Folosesc ca agent uleiul sub presiune. Se utilizeaza motoare hidraulice cu miscare circulara sau
liniara.
Motor cu miscare circulara
Blocul cilindrilor este solidar cu axul. Pistoanele se pot deplasa axial si sunt mentinute in contact
permanent cu discul de uleiul sub presiune care alimenteaza corpul cilindrilor. Pistoanele
impinse de ulei au tendinta de a lasa in corpul cilindrilor un spatiu cat mai mare, lucru care nu
este posibil decat prin alunecarea pistoanelor pe circumferinta discului fix spre zona superioara.
Dtorita pantei de inclinare a discului, pistonul culiseaza pe acesta, blocul cilindrilor si axul fiind
solidare cu acesta se vor roti odata cu el. Deci energia hidraulica a uleiului sub presiune este
transformata in energie mecanica, energie care determina miscarea de rotatie.
Marime
de intrare Marime
de iesire
Roti
dintate
Figura nr. 4
Sisteme de reglare automat
40
Motor hidraulic cu miscare liniara
Exemplele de mai jos ilustreza modul de functionare si deplasarea pe care o executa pistonul
sun influenta uleiului sub presiune.
Cu simplu efect Cu dublu
efect
Cu plunger
S1
S2
Diferential
Piston
Plunger
Bloc cilindrii
Ulei sub
presiune
Ulei sub
presiune
Sensul de rotatie al
axului
Corpul cilindrului
Piston axial
Disc fix
Sisteme de reglare automat
41
Organe de executie
Neelectrice
Robinet
Modifica sectiunea de trecere a unui fluid printr-o conducta. Debitul se ajusteaza prin
modificarea sectiunii de trecere dintr-un ventil si scaunul robinetului.
Simbol:
Vane
Se pot realiza cu paleta sau cu clapeta. Cele cu clapeta sunt utilizate la modificarea debitului de
gaze si aer la presiuni statice mici.
Tipuri de clapete: circulare, dreptunghiulare, tip jaluzele.
Simbol general Cu supapa de presiune
Sisteme de reglare automat
42
Exemplu de element dde executie electric
Tip jaluzele, clapetele
pot fi circulare sau
dreptunghiulare
Clapeta circulara
Clapeta dreptunghiulara
Sisteme de reglare automat
43
Ic este curentul de comanda. Elementul asigura o miscare discontinua. Bobina primeste curentul
de comanda, miezul feromagnetic este atras si invinge forta resortului. Tija se deplaseaza. Tija
este solidara cu un intrerupator pe care il inchide sau deschide.
Elementele de excutie se monteaza in sistem cu ajutorul unor aparate specifice.
Aparate utilizate pentru conectarea motoarelor si circulatia fluidului
Se folosesc distribuitoare rotative sau cu pistoane, supape, drosele.
Distribuitoare: au rol de amplificatoare pentru semnalul pneumatic.
L
U
Ic Bobina
Miez din fier Resort
Intrerupator
Lampi de
semnaliza
re
intra
re
Sisteme de reglare automat
44
Supape: asigura reglarea presiunii in circuit.
Au rolul de :
a) Protectie supapa de siguranta sau de presiune, deschizand circuitul cand presiunea
este prea mare si refuland uleiul spre rezervor.
b) De sens asigura circulatia unidirectionala a uleiului retinand deplasarea uleiului in sens
invers.
c) De reductie reduce presiunea.
d) Regulator de presiune mentine constanta presiunea in conducta.
Simbol:
Distribuitor cu 4 orificii si 2 pozitii de lucru
Simbol
1
2
3
4
Corpul distribuitorului
Camera distribuitorului
Ulei sub
presiune
Evacuare Evacuare
Distribuitor cu pistoane
Sisteme de reglare automat
45
Drosele : sunt rezistente hidraulice cu rol de modificare a debitului de fluid, modificand in acest
fel viteza motorului hidraulic.
D
d
Simbol general
Cu sau fara arc de revenire
top related