nvmntul profesional i tehnic n domeniul TIC
nvmntul profesional i tehnic n domeniul TICProiect cofinanat din
Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-2013Beneficiar Centrul
Naional de Dezvoltare a nvmntului Profesional i Tehnicstr. Spiru
Haret nr. 10-12, sector 1, Bucureti-010176, tel. 021-3111162, fax.
021-3125498, [email protected]
SISTEME DE REGLARE AUTOMATMATERIAL DE NVARE PARTEA A II-A
Domeniul: Electronic automatizriCalificarea: Tehnician n
automatizri
Nivel 3
2009
AUTOR:GABRIELA DIACONU Prof. ing. grad did. I, Colegiul Tehnic
Costin D. Neniescu Bucureti
CONSULTAN:
IOANA CRSTEA expert CNDIPTGABRIELA CIOBANU expert CNDIPTANGELA
POPESCU expert CNDIPTDANA STROIE expert CNDIPT
Acest material a fost elaborat n cadrul proiectului nvmntul
profesional i tehnic n domeniul TIC, proiect cofinanat din Fondul
Social European n cadrul POS DRU 2007-2013
CuprinsI. Introducere5II. Resurse10Tema 1. Regulatoare
automate10Fia de documentare 1.1. Noiuni generale.Locul i rolul
regulatorului automat n sistemul de reglare automat10Fi pentru
activitatea de nvare 1.1.1. Regulatorul automat creierul sistemului
de reglare automat12Fi pentru activitatea de nvare 1.1.2. Locul i
rolul regulatorului automat n sistemul de reglare automat.13Fi
pentru activitatea de nvare 1.1.3. Regulatorului automat ntr-un
sistem de reglare automat a debitului14Fi pentru activitatea de
nvare 1.1.4. Mrimi de intrare n regulatorul automat16Fia de
documentare 1.2. Clasificarea regulatoarelor automate18Fi pentru
activitatea de nvare 1.2.1. Clasificarea regulatoarelor automate
(1)20Fi pentru activitatea de nvare 1.2.2. Clasificarea
regulatoarelor automate (2)21Fi pentru activitatea de nvare 1.2.3.
Regulatorul automat pentru sisteme multivariabile22Fia de
documentare 1.3. Rspunsul regulatoarelor automate la semnalul
treapt unitar24Fi pentru activitatea de nvare 1.3.1. Rspunsul
indicial al regulatoarelor automate28Fi pentru activitatea de nvare
1.3.2. Rspunsul regulatorului automat de tip P la semnalul treapt
unitar30Fi pentru activitatea de nvare 1.3.3. Rspunsul indicial al
regulatorului de tip P influena factorului de amplificare aupra
performanelor32Fi pentru activitatea de nvare 1.3.4. Analiza
rspunsului regulatorului automat de tip PI la semnalul treapt
unitar34Fi pentru activitatea de nvare 1.3.5. Analiza unei bucle de
reglare pe baza rspunsului indicial36Fi pentru activitatea de nvare
1.3.6. Rspuns indicial cu eroare nul38Fi pentru activitatea de
nvare 1.3.7. Rspunsul regulatorului de tip PID configurat ca
regulator de tip P40Fi pentru activitatea de nvare 1.3.8. Rspunsul
regulatorului de tip PI la treapt unitar42Fi pentru activitatea de
nvare 1.3.9. Analiza rspunsului la semnalul treapt44Fi pentru
activitatea de nvare 1.3.10. Compararea rspunsurilor
indiciale46Tema 2. Legi de reglare48Fia de documentare 2.1.
Obinerea legilor de reglare tipizate48Fi pentru activitatea de
nvare 2.1.1. Legi de reglare52Fi pentru activitatea de nvare 2.1.2.
Obinerea legilor de reglare pentru regulatoarele automate
electronice53Fi pentru activitatea de nvare 2.1.3. Legea de reglare
de tip P55Fi pentru activitatea de nvare 2.1.4. Determinarea
factorului de amplificare56Fi pentru activitatea de nvare 2.1.5.
Legea de reglare de tip PID58Fi pentru activitatea de nvare 2.1.6.
Obinerea legilor de reglare PI i PD din legea de reglare de tip
PID60Tema 3. Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare
automate electronice i mecanice62Fia de documentare 3.1.
Regulatoare automate electronice liniare62Fi pentru activitatea de
nvare 3.1.1. Regulatoare automate electronice liniare67Fi pentru
activitatea de nvare 3.1.2. Schema bloc a unui regulator automat
electronic68Fi pentru activitatea de nvare 3.1.3. Regulatorul
automat electronic liniar (2)70Fi pentru activitatea de nvare
3.1.4. Indicatorul mrimii de comand al unui regulator automat
electronic72Fi pentru activitatea de nvare 3.1.5. Aparatele
indicatoare ale unui regulator automat electronic liniar73Fi pentru
activitatea de nvare 3.1.6. Elementul de comparaie al unui
regulator automat electronic75Fi pentru activitatea de nvare 3.1.7.
Legea PID cu parametri independeni77Fi pentru activitatea de nvare
3.1.8. Regulatoare automate electronice pentru procese lente79Fi
pentru activitatea de nvare 3.1.9. Regulatorul automat pentru
procese lente ELC 1132 lege de reglare PD80Fi pentru activitatea de
nvare 3.1.10. Regulatorul automat pentru procese lente ELC 1132
lege de reglare PI81Fi pentru activitatea de nvare 3.1.11. Influena
legii de reglare asupra performanelor sistemului de reglare
automat82Fia de documentare 3.2. Regulatoare automate electronice
neliniare84Fi pentru activitatea de nvare 3.2.1. Regulatoare
automate electronice neliniare88Fi pentru activitatea de nvare
3.2.2. Caracteristicele statice ale regulatoarelor automate
electronice neliniare89Fi pentru activitatea de nvare 3.2.3.
Regulatoare automate bipoziionale91Fi pentru activitatea de nvare
3.2.4. Regulator bipoziional de temperatur92Fi pentru activitatea
de nvare 3.2.5. Regulatorul de tipul tot sau nimic94Fi pentru
activitatea de nvare 3.2.6. Regulatorul bipoziional n bucla de
reglare automat a tmperaturii96Fi pentru activitatea de nvare
3.2.7. Simularea regulatorului bipoziional98Fi pentru activitatea
de nvare 3.2.8. Regulatoare automate tripoziionale100Fia de
documentare 3.3. Regulatoare automate pneumatice101Fi pentru
activitatea de nvare 3.3.1. Regulatoare automate pneumatice105Fi
pentru activitatea de nvare 3.3.2. Analogie ntre elementele i
mrimile regulatoarelor pneumatice i electronice106Fi pentru
activitatea de nvare 3.3.3. Comparaie ntre regulatoarele pneumatice
i electronice107Fi pentru activitatea de nvare 3.3.4.
Amplificatorul duz palet (1)108Fi pentru activitatea de nvare
3.3.5. Amplificator duz-palet (2)110Fi pentru activitatea de nvare
3.3.6. Amplificatorul de putere al regulatoarelor pneumatice112Fi
pentru activitatea de nvare 3.3.7. Blocurile componente ale unui
regulator pneumatic114Fi pentru activitatea de nvare 3.3.8.
Regulator pneumatic cu burdufuri116Fia de documentare 3.4.
Regulatoare automate hidraulice118Fi pentru activitatea de nvare
3.4.1. Regulatoare automate hidraulice122Fi pentru activitatea de
nvare 3.4.2. Amplificatorul hidraulic cu tub cu jet123Fi pentru
activitatea de nvare 3.4.3. Amplificator hidraulic cu
distribuitor125Fi pentru activitatea de nvare 3.4.4. Comparaie ntre
regulatoarele hidraulice i electronice127III.Glosar128IV.
Bibliografie130
11
I. Introducere
Prezentul material de nvare v este adresat vou, viitorilor
tehnicieni n automatizri, astzi elevi ai liceelor tehnologice,
domeniul Electronic automatizri, calificarea Tehnician n
automatizri.Materialul de nvare, sugestiv intitulat Regulatoare
automate, a fost elaborat pentru modulul Sisteme de reglare
automate i abordeaz problematica regulatorului automat, pe drept
considerat creierul sistemului de reglare automat. Modulul v ofer
cunotine pe baza crora v vei dezvolta abiliti i deprinderi practice
n domeniul sistemelor de reglare automat, al elementelor
componente, cu accent pe structur, scheme funcionale, legi de
reglare realizate i utilizrile acestora.
Prin parcurgerea materialului de nvare i efectuarea activitilor
de nvare propuse sunt vizate urmtoarele competene/rezultate ale
nvrii: Prezint funcionarea elementelor componente ale unui SRA
Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un regulator
automat
Putei folosi materialul att n format tiprit ct i n format
on-line.
Materialul de nvare cuprinde: fie de documentare fie pentru
activitile de nvare glosar
Fiele de documentare v sunt utile n documentarea cu privire la
temele sau subtemele abordate. Gsii n ele informaii cu privire la
coninutul tematic abordat care v vor ajuta n rezolvarea sarcinilor
de lucru din fiele pentru activiti de nvare.
Fiele pentru activiti de nvare sunt structurate pe principiul
informaie aplicare dezvoltare. Ele v ofer suportul necesar pentru a
v forma sau exersa competenele tehnice specializate aferente
calificrii voastre utiliznd cunotinele transmise n cadrul activitii
de predare sau informaiile din fiele de documentare.Activitile de
nvare propuse sunt bazate pe rezolvarea de probleme, comunicare i
experien (real sau simulat). n cadrul procesului de nvare pot fi
efectuate i alte activiti n funcie de particularitile elevilor.
Rezolvarea sarcinilor de lucru se poate face individual sau n grup,
n timpul orelor de curs, sau n afara acestora, ca teme pentru acas
sau studiu individual. Structura fielor pentru activitile de nvare
este unitar i cuprinde: titlul i numrul fiei, competena i
obiectivele vizate prin activitatea de nvare propus, tipul
activitii, sugestii cu privire la modul de organizare a
colectivului de elevi, durata estimat pentru realizarea sarcinilor
de lucru, formularea sarcinilor de lucru, recomandri i modaliti de
verificare.
Glosarul reprezint o list de termeni sau concepte specifice i
are rolul de a v sprijini n nelegerea coninuturilor. Glosarul poate
fi completat pe parcurs o dat cu descoperirea termenilor specifici
domeniului automatizrilor. Tabelul de mai jos este un tabel de
corelaie ntre fiele de documentare i fiele pentru activiti de nvare
pe de o parte i competene pe de alt parte.
Competene vizate/ rezultate ale nvriiTemElemente componente
Prezint funcionarea elementelor componente ale unui SRATema 1
Regulatoare automateFia de documentare 1.1. Noiuni generale despre
regulatoare automate
Activitatea de nvare 1.1.1Regulatorul automat creierul
sistemului de reglare automat
Activitatea de nvare 1.1.2Locul i rolul regulatorului automat n
sistemul de reglare automat
Activitatea de nvare 1.1.3Regulatorul automat ntr-un sistem de
reglare automat a debitului
Activitatea de nvare 1.1.4Semnale caracteristice regulatoarelor
automate
Fia de documentare 1.2. Clasificarea regulatoarelor automate
Activitatea de nvare 2.1.1Clasificarea regulatoarelor
automate
Activitatea de nvare 2.1.2Categorii de regulatoare automate
Activitatea de nvare 2.1.3Regulatoare automate n sisteme
multivariabile
Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un regulator
automatTema 1 Regulatoare automateFia de documentare 1.3. Rspunsul
regulatoarelor automate la semnalul treapt unitar
Activitatea de nvare 1.3.1Rspunsul indicial n funcie de legea de
reglare
Activitatea de nvare 1.3.2Rspunsul indicial al regulatorului de
tip P
Activitatea de nvare 1.3.3Rspunsul indicial al regulatorului de
tip P influena factorului de amplificare asupra performanelor
Activitatea de nvare 1.3.4Analiza rspunsului indicial al
regulatorului de tip PI
Activitatea de nvare 1.3.5Analiza unei bucle de reglare pe baza
rspunsului indicial
Activitatea de nvare 1.3.6Rspuns la treapt cu eroare nul
Activitatea de nvare 1.3.7Rspunsul regulatorului PID configurat
ca RA-P
Competene vizate/ rezultate ale nvriiTemElemente componente
Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un regulator
automatTema 2 Legi de reglareFia de documentare 2.1. Obinerea
legilor de reglare tipizate
Activitatea de nvare 2.1.1Legi de reglare
Activitatea de nvare 2.1.2Obinerea legilor de reglare pentru
RAE
Activitatea de nvare 2.1.3Legea de reglare de tip P
Activitatea de nvare 2.1.4Determinarea factorului de
amplificare
Activitatea de nvare 2.1.5Legea de reglare de tip PID
Activitatea de nvare 2.1.6Obinerea legilor de reglare PI i PD
din legea de reglare PID
Tema 3 Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare automate
electronice i mecaniceFia de documentare 3.1. Regulatoare automate
electronice liniare
Activitatea de nvare 3.1.1Regulatoare automate electronice
liniare (1)
Activitatea de nvare 3.1.2Schema bloc a unui RAE liniar
Activitatea de nvare 3.1.3Regulatoare automate electronice
liniare (2)
Activitatea de nvare 3.1.4Indicatorul mrimii de comand
Activitatea de nvare 3.1.5Aparate indicatoare ale RAE
Activitatea de nvare 3.1.6Elementul de comparaie al RAE
Activitatea de nvare 3.1.7Legea de reglare PID cu parametri
independeni
Activitatea de nvare 3.1.8Regulatoare automate electronice
liniare pentru procese lente
Activitatea de nvare 3.1.9Regulatorul ELC 1132 tip PD
Activitatea de nvare 3.1.10Regulatorul ELC 1132 tip PI
Activitatea de nvare 3.1.11Influena legii de reglare asupra
performanelor sistemului de reglare automat
Competene vizate/ rezultate ale nvriiTemElemente componente
Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un regulator
automatTema 3 Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare
automate electronice i mecaniceFia de documentare 3.2. Regulatoare
automate electronice neliniare
Activitatea de nvare 3.2.1Regulatoare automate electronice
neliniare
Activitatea de nvare 3.2.2Caracteristicele statice ale
regulatoarelor automate electronice neliniare
Activitatea de nvare 3.2.3Regulatoare automate bipoziional
Activitatea de nvare 3.2.4Regulator bipoziional de
temperatur
Activitatea de nvare 3.2.5Regulator de tipul tot sau nimic
Activitatea de nvare 3.2.6Regulatorul bipoziional ntr-o bucl de
reglare automat a temperaturii
Activitatea de nvare 3.2.7Simularea regulatorului
bipoziional
Activitatea de nvare 3.2.8Regulatoare automate tripoziionale
Fia de documentare 3.3. Regulatoare automate pneumatice
Activitatea de nvare 3.3.1Regulatoare automate pneumatice
Activitatea de nvare 3.3.2Analogie regulatoare automate
electronice regulatoare automate pneumatice
Activitatea de nvare 3.3.3Comparaie ntre regulatoarele automate
electronice i regulatoarele automate pneumatice
Activitatea de nvare 3.3.4Amplificatorul duz-palet
Activitatea de nvare 3.3.5Amplificatorul duz-palet cu element de
comparaie
Activitatea de nvare 3.3.6Amplificatorul de putere al
regulatoarelor pneumatice
Activitatea de nvare 3.3.7Regulator automat cu burdufuri (1)
Activitatea de nvare 3.3.7Regulator automat cu burdufuri (2)
Competene vizate/ rezultate ale nvriiTemElemente componente
Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un regulator
automatTema 3 Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare
automate electronice i mecaniceFia de documentare 3.4. Regulatoare
automate hidraulice
Activitatea de nvare 3.4.1Regulatoare automate hidraulice
Activitatea de nvare 3.4.2Amplificator hidraulic cu tub cu
jet
Activitatea de nvare 3.4.3Amplificator hidraulic cu
distribuitor
Activitatea de nvare 3.4.4Comparaie ntre regulatoarele automate
electronice i regulatoarele automate hidraulice
Temele din prezentul Material de nvare nu acoper toate
coninuturile prevzute n curriculum-ul pentru modulul Sisteme de
reglare automat. Pentru parcurgerea integral a modulului, n vederea
atingerii competenelor vizate /rezultate ale nvarii, consultai i
materialele de nvare:
Sisteme de reglare automat partea I Sisteme de reglare automat
partea a III-a
II. ResurseTema 1. Regulatoare automateFia de documentare 1.1.
Noiuni generale.Locul i rolul regulatorului automat n sistemul de
reglare automatRegulatorul automat (RA) are rolul de a prelucra
operaional semnalul de eroare (obinut in urma comparaiei liniar
aditive a mrimii de intrare xi i a mrimii de reacie xr n elementul
de comparaie) i de a da la ieire un semnal de comand xc pentru
elementul de execuie. Este plasat pe calea direct, ntre elementul
de comparaie i elementul de execuie, conform schemei bloc a
sistemului de reglare automat reprezentat n figura 1.
pxexc-xrxi +ECRAEE+ITTRfig. 1. Schema bloc a sistemului de
reglare automatInformaiile curente asupra procesului automatizat se
obin cu ajutorul traductorului de reacie TR i sunt prelucrate de
regulatorul automat RA n conformitate cu o anumit lege care
definete algoritmul de reglare automat (lege de reglare).
Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realiza
printr-o varietate destul de larg a construciei regulatorului, ca
regulator electronic, pneumatic, hidraulic sau mixt. Alegerea unei
anumite soluii constructive se face lund n considerare factori
tehnico-economici.Cu toate c exist o mare varietate de regulatoare,
orice regulator va conine urmtoarele elemente componente (figura
2.):
xcECSERSA11xrs+-fig.2. Schema bloc a unui regulator automat
amplificatorul (A) elementul de reacie secundar (ERS) elementul de
comparare secundar (ECS)
Amplificatorul (A) este elementul de baz. El amplific mrimea 1
cu un factor KR, deci realizeaz o relaie de tipul:
,unde KR reprezint factorul de amplificare al regulatorului.
Elementul de reacie secundar ERS primete la intrare mrimea de
comand xc (de la ieirea amplificatorului) i elaboreaz la ieire un
semnal xrs denumit mrime de reacie secundar. ERS este de obicei un
element care determin o dependen proporional ntre xrs i xc.
Elementul de comparare secundar (ECS) efectueaz continuu
compararea valorilor abaterii i a lui xrs dupa relatia:
Din punct de vedere constructiv regulatorul automat include de
obicei i elementul de comparaie EC al sistemului de reglare
automat. n cazul sistemelor de reglare unificate, electronice sau
pneumatice, el poate include i dispozitivul de prescriere a
referinei.
Regulatorul poate avea o structur mai complicat. De exemplu, la
unele regulatoare exist mai multe etaje de amplificare, la altele
exist mai multe reacii secundare necesare obinerii unor legi de
reglare mai complexe.
Fi pentru activitatea de nvare 1.1.1. Regulatorul automat
creierul sistemului de reglare automat
Competena:Prezint funcionarea elementelor componente ale
sistemului de reglare automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s precizai: locul i rolul regulatorului automat ntr-un
sistem de reglare automat mrimile care caracterizeaz funcionarea
regulatorului automat elementele componente ale regulatorului
automat
Tipul activitii: Expansiune
Sugestii: Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau
individual
Timp de lucru recomandat: 10 minute
Pornind de la urmtoarele dou enunuri incomplete realizai un eseu
de aproximativ 10 rnduri, intitulat Regulatorul automat creierul
sistemului de reglare automat. Pentru dezvoltarea ideilor coninute
n enunuri i pentru realizarea eseului folosii cel puin 10 cuvinte
din lista dat mai jos.
n sistemul de reglare automat regulatorul automat este situat pe
....... i are rolul de a prelucra ........ rezultat din ....... i
de a furniza la ieire ....... care se aplic ........
Prelucrarea ....... se face dup o ....... pentru a obine o
funcionare ct mai bun a sistemului de reglare automat, respectiv
....... tranzitorii i ....... ct mai ridicate
Lista de cuvinte: algoritm de reglare, amplificator, cale
direct, dispozitiv de prescriere, element de comparaie, element de
execuie, element de reacie secundar, eroare, factor de amplificare,
lege de reglare, mrime de comand, performane staionare, regulator
unificat, schem bloc, sistem unificat.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.1 i refacei
activitatea.
12
Fi pentru activitatea de nvare 1.1.2. Locul i rolul
regulatorului automat n sistemul de reglare automat.
Competena:Prezint funcionarea elementelor componente ale
sistemului de reglare automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s precizai: locul i rolul regulatorului automat ntr-un
sistem de reglare automat mrimile care caracterizeaz funcionarea
regulatorului automatTipul activitii: Potrivire.
Sugestii:Lucrai individual
Timp de lucru recomandat: 10 minute
n coloana A sunt enumerate diferite elemente componente ale SRA,
iar n coloana B semnalele de ieire corespunztoare acestor elemente.
Scriei pe fia de lucru asocierile corecte dintre fiecare cifr din
coloana A i litera corespunztoare din coloana B. A. Elemente
componente al SRAB. Semnal de ieire
1. element de comparaiea. mrime de abatere (eroare)
2. element de execuieb. mrime de comand
3. instalaie tehnologicc. mrime de execuie
4. regulator automatd. mrime de reacie
5. traductore. mrime perturbatoare
f. mrime reglat
Comparai rspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe
folie.
Dac ai fcut corect toate asocierile trecei la urmtoarea
activitate, n caz contrar consultai fia de documentare 1.1 i
refacei activitatea.
19Fi pentru activitatea de nvare 1.1.3. Regulatorului automat
ntr-un sistem de reglare automat a debitului
Competena:Prezint funcionarea elementelor componente ale
sistemului de reglare automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai locul i rolul regulatorului automat ntr-un
sistem de reglare automat precizai mrimile care caracterizeaz
funcionarea regulatorului automat asociai componentelor unei scheme
de principiu a unui sistem de reglare automat elementele
corespunztoare schemei blocTipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau individual
Timp de lucru recomandat: 10 minute
Schema de mai jos reprezint schema de principiu a unui sistem de
reglare automat a debitului ntr-o conduct.
3534 1yx2
tiind c elementul de comparaie este inclus n regulatorul automat
electronic i elementul sensibil al traductorului este tip
diafragm:a. Precizai mrimea reglat i instalaia tehnologic.b.
Reprezentai pe fia de lucru schema bloc a sistemului de reglare
automatc. Identificai elementele componente ale sistemului de
reglare automat numerotate n schema de principiu cu 1, 2, 3, 4 i 5.
d. Precizai semnificaia mrimilor notate cu x, respectiv y.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.1 i refacei
activitatea.
117Fi pentru activitatea de nvare 1.1.4. Mrimi de intrare n
regulatorul automat
Competena:Prezint funcionarea elementelor componente ale
sistemului de reglare automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai mrimile care caracterizeaz funcionarea
regulatorului automat calculai valoarea mrimii de reacie n procente
n funcie de valoarea mrimii reglate i domeniul de msurare al
traductorului calculai valoarea mrimii de reacie n funcie de
domeniul mrimii de ieire din traductorTipul activitii: Studiu de
caz
Sugestii:Lucrai n grupe mici (3 elevi)
Timp de lucru recomandat: 15 minute
n tabelul de mai jos sunt date caracteristicele a trei
traductoare care fac parte din trei sisteme de reglare automat.
Tip traductorDomeniul de msurareValoarea mrimii de
intrareDomeniul mrimii de ieire
Traductor de temperatur0 ... 80 (C)20C4 ... 20(mA)
Traductor de presiune0 ... 1 (bar)0,5bar0 ... 10(V)
Traductor de nivel0 ... 15 (m)5m0,2 ... 1(bar)
Schema bloc a unui regulator automat care include i elementul de
comparaie este:
-32+Regulatorautomat1a. Precizai denumirea mrimilor numerotate n
schema bloc.b. Pentru fiecare bucl de reglare, pe baza datelor din
tabel, precizai natura mrimii reglate.c. Pentru fiecare tip de
traductor dai cte dou exemple de element sensibil i precizai tipul
adaptorului sau al convertorului corespunztor.d. Pentru fiecare
bucl de reglare calculai valoarea mrimii numerotate cu 2, precizai
unitatea de msur a acesteia [U.M.] i exprimai aceast valoare n %
corespunztor domeniului de msurare al traductorului.
Dup rezolvarea sarcinilor de lucru b, c, d, trecei rezultatele n
urmtorul tabel:
Mrime reglatElement sensibil traductor (ES)Tip
adaptor/convertorMrime 2(%)Valoare mrime 2[U.M.]
ES1ES2
Bucl de reglare temperatur
Bucl de reglare presiune
Bucl de reglare nivel
Recomandri
Fiecare elev din echip va preciza una din mrimile numerotate n
schema bloc, va analiza datele referitoare la una din buclele de
reglare i va completa linia din tabel corespunztoare.
Dac acoperii cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.1 i refacei
activitatea.
Fia de documentare 1.2. Clasificarea regulatoarelor automate
Se poate face dup mai multe criterii.
1. n funcie de sursa de energie exterioar folosit, acestea se
clasific n:
regulatoare automate directe funcioneaz fr o surs de energie
exterioar, transmiterea semnalului realizndu-se pe seama energiei
interne preluat direct din proces prin intermediul traductorului de
reacie; regulatoare automate indirecte necesit o surs de energie
exterioar pentru acionarea elementului de execuie. Sunt cele mai
utilizate regulatoare care permit obinerea unor caracteristici
funcionale mai complexe i performane superioare regulatoarelor
directe.
2. Dup viteza de rspuns exist:
regulatoare automate pentru procese rapide folosite pentru
reglarea automat a parametrilor proceselor cu rspuns rapid,
caracterizate de constante de timp mici (mai mici de 10 s), ca de
exemplu procesele de tip acionri electrice. regulatoare automate
pentru procese lente folosite atunci cnd constantele de timp ale
instalaiei sunt mari (depesc 10 sec), situaie frecvent ntlnit n
cazul proceselor avnd ca parametri temperaturi, presiuni, debite,
nivele etc.
3. Dup tipul aciunii regulatoarele pot fi:
regulatoare automate cu aciune continu - sunt cele in care
mrimile (t) i xc(t) variaza continuu in timp; regulatoare automate
cu aciune discontinu sau discret, la care cel puin una din mrimile
(t) i xc(t) variaz discontinuu n timp, de exemplu ca trenuri de
impulsuri (modulate n amplitudine sau durat). n aceast categorie
intr regulatoarele bi sau tripoziionale, la care (t) variaz
continuu dar xc(t) poate lua un numr limitat de valori n raport cu
eroarea.
Regulatoarele cu aciune continu la rndul lor pot fi: regulatoare
automate liniare dac dependena dintre cele dou mrimi este liniar;
regulatoare automate neliniare dac dependena dintre cele dou mrimi
este neliniar.
4.Dup caracteristicile constructive exist:
regulatoare automate unificate, utilizate pentru reglarea a
diferii parametri (temperatur, presiune, etc.). Regulatoarele
unificate funcioneaz cu un anumit tip de semnal ce variaz n limite
fixate, att la intrare ct i la ieire. Semnalele cu care funcioneaz
aceste regulatoare sunt semnale unificate i au aceleai valori ca la
sistemele de msurare i control unificate, respectiv 2...10mA sau
4...20mA pentru regulatoarele electronice unificate i 0,2...1bar
pentru cele pneumatice. regulatoare automate specializate,
utilizate numai pentru un anumit parametru tehnologic, au structura
constructiv i semnalele de lucru special concepute pentru
parametrul considerat.
5.Dup agentul purttor de semnal exist: regulatoare automate
electronice, la care att mrimea de intrare ct i mrimea de ieire
sunt de natur electric (intensitatea curentului electric sau
tensiunea electric) i care au n componena lor blocuri electronice;
regulatoare automate hidraulice (ulei sub presiune); regulatoare
automate pneumatice (aer comprimat); regulatoare automate mixte
(electropneumatice sau electrohidraulice).
6. Dup numrul mrimilor de ieire ale instalaiei tehnologice:
regulatoare automate monovariabile (pentru o singur mrime
reglat) regulatoare automate multivariabile (pentru mai multe mrimi
reglate).
Fi pentru activitatea de nvare 1.2.1. Clasificarea
regulatoarelor automate (1)
Competena:Prezint funcionarea elementelor componente ale
sistemului de reglare automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai criteriile de clasificare ale regulatoarelor
automate clasificai regulatoarele automateTipul activitii:
Potrivire.
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau
individual.
Timp de lucru recomandat: 10 minute
n coloana A sunt enumerate diferite criterii de clasificare, iar
n coloana B tipurile de regulatoare automate corespunztoare
acestora. Scriei pe fia de lucru asocierile corecte dintre fiecare
cifr din coloana A i litera corespunztoare din coloana B. A.
Criteriu de clasificareB. Tip regulator automat
1. agentul purttor de semnala. indirect
2. caracteristici constructiveb. liniar
3. numrul mrimilor de ieire din instalaia tehnologicc.
multivariabil
4. sursa de energie exterioard. neliniar proporional
5. tipul aciuniie. pneumatic
6. viteza de rspunsf. specializat
g. pentru procese lente
Dac ai fcut corect toate asocierile trecei la urmtoarea
activitate, n caz contrar consultai fia de documentare 1.2 i
refacei activitatea.
61Fi pentru activitatea de nvare 1.2.2. Clasificarea
regulatoarelor automate (2)Competena:Prezint funcionarea
elementelor componente ale sistemului de reglare automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai criteriile de clasificare ale regulatoarelor
automate asociai informaii corespunztoare denumirii unui regulator
automatTipul activitii: nvare prin categorisire
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau
individual.
Timp de lucru recomandat: 15 minute
n coloana A din tabelul de mai jos sunt enumerate diferite
denumiri ale regulatoarelor automate. Completai coloanele B i C ale
tabelului pe baza exemplului dat A.Denumire regulatorB.Criteriu de
clasificareC.Utilizri
Regulator unificat pneumatic dup caracteristicile constructive
dup agentul purttor de semnalaplicabilitate pentru: procese lente
medii dificile
Regulator automat unificat, electronic, proporional
Regulator bipoziional de temperatur
Regulator hidraulic de turaie
Regulator cu amortizor cu ulei
Regulator indirect de presiune de tip proporional
Regulator multivariabil
Regulator direct de vitez
Regulator proporional de curent
Regulator tripoziional
Dup completarea tabelului vei confrunta rspunsurile voastre cu
cele prezentate de profesor pe folie.
Fi pentru activitatea de nvare 1.2.3. Regulatorul automat pentru
sisteme multivariabile
Competena:Prezint funcionarea elementelor componente ale
sistemului de reglare automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai mrimile de intrare i de ieire ale unui proces
precizai mrimile care caracterizeaz funcionarea regulatorului
automat precizai criteriile de clasificare ale regulatoarelor
automate clasificai regulatoarele automateTipul activitii: Studiu
de caz
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau individual
Timp de lucru recomandat: 15 minute
n figura de mai jos este reprezentat schema de principiu a unui
sistem cu mai multe mrimi de intrare i mai multe mrimi de
ieire.
a. Precizai mrimile de intrare ale procesului.b. Precizai
mrimile de ieire ale procesului.c. innd cont de criteriile de
clasificare ale regulatoarelor automate specificai ce tip de
regulator automat trebuie utilizat pentru reglarea automat a
parametrilor ce caracterizeaz sistemul dat.
Comparai rspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe
folie.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.2 i refacei
activitatea.
Fia de documentare 1.3. Rspunsul regulatoarelor automate la
semnalul treapt unitar
Semnalul treapt este unul din cele mai utilizate semnale n
automatic i presupune trecerea brusc, instantanee, a unei mrimi m,
de la o valoare constant la alt valoare constant.O variaie treapt a
unei mrimi m este reprezentat n figura 1. Mrimea m trece la
momentul t1 de la valoarea constant m1 la valoarea constant
m2.Semnalul treapt reprezint o variaie idealizat, deoarece trecerea
de la o valoare la cealalt nu se poate face instantaneu dect pentru
o vitez infinit de variaie.
Fig.1. Variaia treapt a unei mrimi Fig.2. Semnal treapt
unitarm20tt1m1m0t1mn figura 2. este dat reprezentarea convenional a
unui semnal treapt unitar, considernd c valoarea anterioar m1 este
nul, iar trecerea la m2 = 1 se face la momentul iniial t = 0.n
continuare vom analiza rspunsul regulatoarelor automate cu legi de
reglare avnd una sau mai multe componente la semnalul treapt unitar
al erorii. n reprezentarea rspunsului diferitelor tipuri de
regulatoare se consider condiii iniiale nule.a. Regulatoare cu
aciune proporional (de tip P)Aceste regulatoare stabilesc ntre
mrimea de ieire xc(t) i mrimea de intrare (t) o relaie de dependen
proporional descris de :
,unde KR este factorul de amplificare al regulatorului.
n figura 3. este reprezentat rspunsul la intrare treapt al unui
regulator de tip P.
Rspuns idealRspuns realFig. 3. Rspunsul la intrare trept al unui
regulator P0tKR0xct
Mrimea de comand va avea o variaie tot sub form de treapt, dar
amplificat cu factorul KR.Datorit ineriei elementelor componente
ale regulatorului mrimea de comand nu poate urmri instantaneu
variaia erorii i din aceast cauz variaia real a mrimii xc(t) este
trasat punctat.
Adesea n loc de KR se utilizeaz factorul numit band de
proporionalitate BP definit ca fiind acel procent din domeniul
mrimii de intrare n regulator (t) pentru care regulatorul de tip P
determin o valoare xc(t) egal cu 100% din domeniul posibil pentru
mrimea de ieire. Cnd domeniul de variaie al erorii este egal cu
domeniul de variaie al mrimii de comanda xc (cazul regulatoarelor
unificate), banda de proporionalitate se determin din relaia:
Dac domeniul de variaie al mrimii (t) difer de cel al lui xc(t)
, atunci banda de proporionalitate BP se determin cu relaia:
Factorul de proporionalitate KR, respectiv banda de
proporionalitate BP, reprezint unicul parametru al regulatoarelor
de tip P. Prin construcia regulatorului P acest parametru se
prevede a fi ajustabil n limite largi pentru a satisface o
varietate mare de legi de reglare. Astfel, dac mrimile de la
intrarea i ieirea regulatorului au acelai domeniu de variaie, KR
poate fi variat ntre 50 i 0,5, ceea ce corespunde unei benzi de
proporionalitate cuprinse ntre 2% i 200% b. Regulatoare cu aciune
integral (de tip I)Aceste regulatoare stabilesc ntre mrimea de
ieire xc(t) i mrimea de intrare (t) o relaie de dependen descris de
:
.Mrimea xc(t) depinde de integrala n timp a erorii (t).
Constanta Ti se numete constant de integrare i are dimensiunea
timp.
n figura 4. este reprezentat rspunsul la intrare treapt al unui
regulator de tip I.Derivnd n funcie de timp relaia , se obine:
Rezult c la regulatorul de tip I viteza de variaie a mrimii de
comand este proporional cu eroarea, factorul de proporionalitate
fiind inversul timpului de integrare.
txc0tFig.4. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator I
Rspunsul regulatorului de tip I la intrare treapt este un semnal
ramp cu coeficientul unghiular:
.Parametrul ajustabil al regulatorului I este timpul de
integrare care poate fi variat n diverse limite, de la ordinul
fraciunilor de secund pn la zeci de minute, n funcie de tipul
regulatorului, pentru procese rapide sau procese lente.
Regulatoarele de tip I sunt rar utilizate datorit ntrzierilor pe
care le introduc. Se aplic atunci cnd se dorete eroare staionar nul
i nu exist alte elemente ale sistemului de reglare automat care s
permit aceasta.c. Regulatoare cu aciune proporional integral (de
tip PI)Aceste regulatoare reprezint o combinaie ntre un regulator
de tip P i unul de tip I i stabilesc ntre mrimea de ieire xc(t) i
mrimea de intrare (t) o relaie de dependen descris de :
.
Factorii KR i care caracterizeaz cele dou componete ale
rspunsului regulatorului pot fi modificai independent unul de
cellalt.Relaia mai poate fi scris i:
,
unde este constanta de timp de integrare a regulatorului. Ea
prezint avantajul c factorul de proporionalitate KR intervine att n
componenta proporional ct i n componenta integral, astfel c
modificarea lui KR permite modificarea ambelor componente. Aceasta
corespunde condiiilor constructive reale ale celor mai multe
regulatoare de tip PI.n figura 5. este reprezentat rspunsul la
intrare treapt al unui regulator de tip PI.
t0xcKR0tfig.5. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator
PI
Datorit posibilitii de combinare a celor dou aciuni, proporional
i integral, prin modificarea simultan a celor dou constante,
regulatoarele PI permit obinerea de caracteristici superioare n
realizarea legilor de reglare.d. Regulatoare cu aciune proporional
integral (de tip PD)Aceste regulatoare, similar celor de tip PI,
reprezint o combinaie ntre un regulator de tip P i unul de tip D i
stabilesc ntre mrimea de ieire xc(t) i mrimea de intrare (t) o
relaie de dependen descris de :
,unde factorul Td se numete constant derivativ i are dimensiunea
timp.Similar ca la regulatoarele PI, relaia poate fi scris i:
,
unde factorul se numete constant de timp derivativ a
regulatorului i are dimensiunea timp.n figura 6. este reprezentat
rspunsul la intrare treapt al unui regulator de tip PD.
KR0xct0tFig.6. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator
PD
Din aceleai considerente ca la regulatoarele PI, se prefer ca
dependena determinat de regulatoarele PD s fie exprimat prin a doua
relaie, deoarece din punct de vedere constructiv, prin modificarea
factorului KR este permis i modificarea constantei de timp
derivative. Unele regulatoare sunt prevzute cu dispozitive care
permit variaia simultan a lui KR i a lui TD, astfel ca produsul
KRTD s rmn constant.Analiznd rspunsul la intrare treapt al unui
regulator PD se observ ca aciunea componentei derivative se
manifest numai la momentul iniial, cnd are loc saltul mrimii de la
intrare. Prezena componentei derivative care apare la momentul
iniial i este de scurt durat, are ca efect o accelerare a regimului
tranzitoriu i deci o reducere a acestuia. Comparativ cu
regulatoarele de tip P sau cele de tip I, aceste regulatoare permit
posibiliti mai largi de realizare a legilor de reglare.e.
Regulatoare cu aciune proporional integral derivativ (de tip
PID)Aceste regulatoare sunt cele mai complexe regulatoare cu aciune
continu, care asigur performane de reglare superioare, att n regim
staionar ct i n regim tranzitoriu. Ele nglobeaz efectele
proportional P, integral I i derivativ D expuse mai sus, conform
legii de reglare:
+.Dac se ine seama de realizarea constructiv a regulatorului,
relaia poate fi scris:
.Rspunsul la intrare treapt al unui regulator de tip PID este
reprezentat n figura 7. n care se observ prezena celor trei
componente P, I i D:
0t0txcKRFig.7. Rspunsul la intrare treapt al unui regulator
PID
Regulatoarele PID au trei parametri ajustabili KR, TI, TD, ceea
ce asigur posibiliti mult mai largi n asigurarea legilor de reglare
dect la oricare din regulatoarele descrise anterior i explic
performanele superioare ale sistemelor de reglare automat prevzute
cu aceste regulatoare. Evident c regulatoarele PID au construcii
mai complexe i necesit o acordare atent a valorilor celor trei
parametri.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.1. Rspunsul indicial al
regulatoarelor automate
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: trasai rspunsul la semnalul treapt al regulatoarelor
automate asociai legii de reglare rspunsul indicial
Tipul activitii: Potrivire.
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau individual
Timp de lucru recomandat: 10 minute
Asociai reprezentrii grafice a rspunsului indicial al unui
regulator automat tipul legii de reglare realizat de acesta din
lista de mai jos:
lege de reglare de tip P lege de reglare de tip I lege de
reglare de tip PI lege de reglare de tip PD lege de reglare de tip
PID
Completai tabelul:
Rspuns indicial
Lege de reglare
txc
tKR0xc
KR0xct
t0xcKR
0txcKR
Comparai rspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe
folie.
Dac ai fcut corect toate asocierile trecei la urmtoarea
activitate, n caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i
refacei activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.2. Rspunsul regulatorului
automat de tip P la semnalul treapt unitar
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: caracterizai regulatorul automat dup legea de reglare
realizat precizai parametrii regulatorului n funcie de legea de
reglare realizat trasai rspunsul regulatorului automat la o variaie
treapt a semnalului de intrareTipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau individual
Timp de lucru recomandat: 15 minute
Pentru un regulator automat de tip P se nregistreaz variaiile
semnalului de reacie la o variaie treapt a semnalului de referin,
pentru mai multe valori ale factorului de amplificare al
regulatorului
1. Specificai modul de funcionare al regulatorului (MANUAL sau
AUTOMAT) pentru aceste ncercri. Justificai rspunsul.2. Precizai
curba de rspuns care corespunde celei mai mari valori a factorului
de amplificare.3. Precizai curba de rspuns care corespunde celei
mai ridicate benzi de proporionalitate.4. Calculai eroarea staionar
pentru curba 15. Referitor la curba de rspuns 3 precizai ce
performane au fost mbuntite n comparaie cu rspunsul 1.
Recomandri:- Pentru rezolvarea sarcinilor de lucru consultai
fiele de documentare 1.3. i 3.1.- Comparai rspunsurile voastre cu
cele prezentate de profesor pe folie i corectai eventualele
greeli.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fiele de documentare i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.3. Rspunsul indicial al
regulatorului de tip P influena factorului de amplificare aupra
performanelor
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: caracterizai regulatorul automat dup legea de reglare realizat
precizai parametrii regulatorului n funcie de legea de reglare
realizat trasai rspunsul regulatorului automat la o variaie treapt
a semnalului de intrare precizai influena factorului de amplificare
asupra performanelor
Tipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai pe grupe (3 elevi)
Timp de lucru recomandat: 15 minute
Un sistem de reglare automat este stabilizat n jurul unui punct
de funcionare. La momentul t=5minute se aplic o variaie treapt
pentru referin de 10%.n figura de mai jos sunt reprezentate trei
curbe de variaie ale mrimii de comand pentru 3 valori diferite ale
factorului de amplificare al regulatorului (KR): KR1 pentru curba
1, KR2 pentru curba 2 i KR3 pentru curba 3.
a. Definii eroarea staionar.b. Determinai erorile staionare n
fiecare caz.c. Determinai o relaie de ordine pentru KR1, KR2 i
KR3.
Recomandri: Fiecare elev din echip va determina eroarea staionar
pentru unul din rspunsurile indiciale. n echip comparai rezultatele
i stabilii relaia de ordine ntre factorii de amplificare Comparai
rspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe folie
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.4. Analiza rspunsului
regulatorului automat de tip PI la semnalul treapt unitar
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: caracterizai regulatorul automat dup legea de reglare
realizat precizai parametrii regulatorului n funcie de legea de
reglare realizat trasai rspunsul regulatorului automat la o variaie
treapt a semnalului de intrareTipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai individual
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
Se izoleaz regulatorul automat unificat dintr-o bucl de reglare
pentru a se verifica funcionare acestuia.nregistrarea rspunsului
regulatorului de tip PI la o variaie treapt a semnalului de referin
este dat n figura de mai jos.
tiind c semnalul de la ieirea regulatorului are gama de variaie
4 20mA:1. Scriei expresia legii de reglare2. Determinai valoarea
intensitii curentului electric corespunztoare semnalului de comand
nainte de aplicarea variaiei treapt a semnalului de referin.3.
Determinai valoarea intensitii curentului electric corespunztoare
semnalului de comand la momentul de timp t=55s.4. Determinai
eroarea.5. Determinai parametrii regulatorului.6. Calculai banda de
proporionalitate a regulatorului tiind c domeniile de variaie ale
erorii i semnalului de comand sunt egale.
Comparai rspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe
folie i corectai rspunsurile care nu coincid.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.5. Analiza unei bucle de
reglare pe baza rspunsului indicial
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: stabilii legea de reglare n funcie de valorile parametrilor
regulatorului caracterizai regulatorul automat dup legea de reglare
realizat analizai performanele sistemului pe baza rspunsului
indicial
Tipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai n echip
Timp de lucru recomandat: 15 minute
Un sistem de reglare automat este stabilizat n jurul unui punct
de funcionare.La momentul t=5minute se aplic o variaie treapt
pentru referin de 10%.Graficul de variaie n timp pentru semnalul de
referin (xref) i semnalul de reacie (xr) este redat n figura de mai
jos.
Parametrii regulatorului automat care are inclus elementul de
comparaie sunt: KR=20 Ti=99,99minute TD=0s
Analizai bucla de reglare pe baza variaiei n timp a acestor
semnale.
Recomandri: Pe baza valorilor parametrilor regulatorului
stabilii legea de reglare realizat. Analiza bucla de reglare din
punct de vedere al performanelor Fiecare echip i alege un lider
care va prezenta n faa clasei concluziile grupului.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.6. Rspuns indicial cu eroare
nul
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: trasai rspunsul regulatorului automat la o variaie treapt a
semnalului de intrare determinai eroarea staionar pe baza
rspunsului indicial precizai influena parametrilor regulatorului
asupra performanelor
Tipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 15 minute
Un sistem de reglare automat este stabilizat n jurul unui punct
de funcionare. La momentul t=5minute se aplic o variaie treapt
pentru referin de 10%.Graficul de variaie n timp pentru semnalul de
referin (xref) i semnalul de reacie (xr) este redat n figura de mai
jos
a. Definii eroarea staionar.b. Calculai eroarea staionar.c.
Precizai tipul componentei legii de reglare care a determinat
aceast valoare.d. Explicai consecinele creterii accentuate a
componentei integrale.
Fiecare echip i alege un lider care va prezenta n faa clasei
concluziile grupului.Comparai rspunsurile voastre cu ale celorlalte
echipe.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.7. Rspunsul regulatorului de
tip PID configurat ca regulator de tip P
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: caracterizai regulatorul automat dup legea de reglare realizat
precizai parametrii regulatorului n funcie de legea de reglare
realizat trasai rspunsul regulatorului automat la o variaie treapt
a semnalului de intrareTipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai individual
Timp de lucru recomandat: 15 minute
Legea de reglare a unui regulator automat unificat dintr-o bucl
de reglare este:
.
Regulatorul automat care conine i elementul de comparaie al
sistemului de reglare automat este configurat ca un regulator cu
aciune proporional P, cu KR=2.
a. Determinai banda de proporionalitate a regulatorului.b.
Precizai care sunt valorile parametrilor TI i TD.c. Semnalul de
referin este meninut constant. Semnalul de reacie variaz ca n
figur:
0t0xr(%)t(s)-10
Reprezentai grafic xc(t) = f(t)
t(s)0xc(%)
Comparai rspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor pe
folie.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.8. Rspunsul regulatorului de
tip PI la treapt unitar
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: caracterizai regulatorul automat dup legea de reglare realizat
trasai rspunsul regulatorului automat la o variaie treapt a
semnalului de intrare
Tipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai n echip
Timp de lucru recomandat: 15 minute
Un regulator automat de tip PI are urmtorii parametri: BP = 200%
Ti = 5s
a. Determinai valoarea factorului de amplificare a
regulatoruluib. Scriei expresia legii de reglarec. tiind c pentru
semnalul de comand xc(%) = 50% eroarea este nul, reprezentai grafic
variaia semnalului de comnd dac semnalul de referin variaz ca n
figur:
0t0xref(%)t(s)-20
t(s)0xc(%)
Recomandri:Fiecare echip i va alege un lider care va prezenta n
faa clasei concluziile grupului.Comparai rspunsul vostru cu cel al
celorlalte echipe i cu cel prezentat de profesor pe folie.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.9. Analiza rspunsului la
semnalul treapt
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: determinai eroarea staionar pe baza rspunsului indicial precizai
influena parametrilor regulatorului asupra performanelor asociai
rspunsului indicial legea de reglare realizat
Tipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai n echipTimp de lucru recomandat: 15 minute
Un sistem de reglare automat este stabil i are eroarea nul
pentru:
xref (%) = xr (%) = 60%
Se trece comutatorul MANUAL / AUTOMAT al regulatorului care
include i elementul de comparaie pe poziia AUTOMAT. La momentul
t=10s se aplic o variaie treapt de 6% pentru semnalul de referin.
Curbele de variaie ale semnalelor de referin i de reacie sunt date
n figura de mai jos:
a. Determinai valoarea erorii staionareb. Precizai legea de
reglare realizat. Justificai.c. Ce soluie adoptai pentru micorarea
erorii staionare? Justificai.d. Mrirea factorului de amplificare al
regulatorului determin mbuntirea performanelor buclei de reglare?
Justificai
Recomandri:Fiecare echip i va alege un lider care va prezenta n
faa clasei concluziile grupului.Comparai rspunsul vostru cu cel al
celorlalte echipe i cu cel prezentat de profesor pe folie.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 1.3.10. Compararea rspunsurilor
indiciale Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz
un regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: precizai parametrii regulatorului n funcie de legea de reglare
realizat precizai influena parametrilor regulatorului asupra
performanelor asociai rspunsului indicial legea de reglare
realizatTipul activitii: Studiu de cazSugestii:Lucrai pe grupe (3
elevi) Timp de lucru recomandat: 15 minute
n figura de mai jos sunt reprezentate rspunsurile indiciale
(trei curbe notate cu 1, 2, 3) la o variaie treapt a erorii pentru
trei configurri ale regulatorului automat: RA de tip P; RA de tip
PI; RA de tip PID.
6050t(s)(%)xc(%)213
1. Scriei expresia legii de reglare pentru fiecare configurare i
denumii parametrii regulatorului.2. Determinai amplitudinea
semnalului treapt.3. Indicai legea de reglare corespunztoare
fiecrei curbe. Justificai rspunsul.
Recomandri: Fiecare elev din echip va rezolva sarcinile de lucru
pentru una din configurrile regulatorului Discutai n echip soluiile
gsite. Comparai rspunsurile voastre cu cele prezentate de profesor
pe folie.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 1.3 i refacei
activitatea.
Tema 2. Legi de reglareFia de documentare 2.1. Obinerea legilor
de reglare tipizateFuncia principal a regulatoarelor automate const
n obinerea legii de reglare dorite. Obinerea unei anumite legi de
reglare din cadrul celor tipizate P, I, PI, PD sau PID este
asigurat prin intermediul circuitelor de corecie conectate n
circuitele de intrare sau n circuitele de reacie negativ local ale
amplificatoarelor.n cazul regulatoarelor automate electronice (RAE)
amplificatoarele sunt electronice, iar circuitele de corecie sunt
realizate cu componente pasive de circuit (rezistoare i
condensatoare).n cele ce urmeaz este ilustrat obinerea legilor de
reglare tipizate pentru RAE considernd c este utilizat un
amplificator operaional cu circuite integrate.Simbolul utilizat
pentru AO este prezentat n figura 1:
borna 1 borna de intrare neinversoareborna 2 borna de intrare
inversoareborna 3 borna de ieireborna 4 born la care se conecteaz
polul pozitiv al sursei de alimentareborna 5 born la care se
conecteaz polul negativ al sursei de alimentare1-23+4-5fig.1.
Simbolul AOa. Legea de reglare de tip P
I1IiI2unui-U1U2R1R2U1 tensiunea de intrare n regulatorul P ()U2
tensiunea de ieire din regulatorul P (xc)Ui tensiunea bornei
inversoareUn tensiunea bornei neinversoareSchema unui bloc pentru
realizarea legii de reglare de tip P este reprezentat n figura
2.
Fig.2. Schema unui bloc de reglare de tip P
Aplicnd teoremele lui Kirchhoff i innd cont de proprietile
amplificatoarelor operaionale se obine pentru tensiunea de ieire
din regulatorul P:
.Notnd:
, relaie analoag cu:
Semnul minus indic polaritatea invers a tensiunii de ieire U2 fa
de tensiunea de intrare U1 ca urmare a aplicrii semnalului la borna
inversoare. b. Legea de reglare de tip ISchema unui bloc pentru
realizarea legii de reglare de tip I este reprezentat n figura
3.
U2IiI1I2-U1R1C2unFig.3. Schema unui bloc de reglare de tip
ISemnalul de intrare este aplicat la borna inversoare, iar
circuitul de corecie are o rezisten R1 n circuitul de intrare i o
capacitate C2 n circuitul de reacie.
Aplicnd teoremele lui Kirchhoff i innd cont de proprietile
amplificatoarelor operaionale se obine pentru tensiunea de ieire
din regulatorul I:Prin integrarea acestei relaii se obine:cu
Ti=R1C2.
Relaia de dependen a mrimii de ieire din regulator n funcie de
mrimea de intrare este analoag cu:
.Semnul minus se datorete aplicrii semnalului de intrare la
borna inversoare.c. Legea de reglare de tip D
U2IiI1I2-U1R2C2unfig. 4. Schema unui bloc de reglare tip DSchema
de principiu pentru obinerea acestei legi este reprezentat n figura
4.
Aplicnd teoremele lui Kirchhoff i innd cont de proprietile
amplificatoarelor operaionale se obine pentru tensiunea de ieire
din regulatorul D:, cu Td = R2C2.
Relaia de dependen a mrimii de ieire din regulator n funcie de
mrimea de intrare este analoag cu:
Legea de reglare de tip D nu se folosete singur, separat, dar
componenta derivativ D intervine n legile de reglare PD i PID.d.
Legea de reglare de tip PI
U2IiI1I2-U1R1C2unR2fig.5. Schema unui bloc de reglare de tip
PILegea de reglare de tip PI se obine prin combinarea schemelor din
figura 2. i figura 3. rezultnd n cazul aplicrii semnalului de
intrare la borna neinversoare schema din figura 5.
Se obine pentru semnalul de ieire:,sau:
unde:
i Relaia este similar cu:
,
Semnalul de intrare poate fi aplicat i la borna neinversoare,
circuitul de reacie i cel al bornei inversoare coninnd aceleai
elemente.n practic schema se completeaz cu un poteniometru P care
asigur posibilitatea modificrii suplimentare a parametrilor,
conform schemei din figura 5.
fig. 6. Schema blocului de reglare tip PI cu poteniometru pentru
modificarea parametrilorU2IiI1I2-U1R1C2unR2 P
e. Legea de reglare de tip PD
Considernd aceleai polariti ale semnalelor i meninnd
aproximaiile fcute anterior se obine pentru semnalul de la ieire
relaia:,unde: i fig. 7. Schema unui bloc de reglare tip
PDI1IiI2unui-U1U2R1R2I1C1Legea de reglare de tip PD se obine prin
combinarea schemelor din figura 2. i figura 4. rezultnd n cazul
aplicrii semnalului de intrare la borna neinversoare schema din
figura 6.
Relaia este similar cu:
Semnalul de intrare poate fi aplicat i la borna neinversoare,
circuitul de reacie i cel al bornei inversoare coninnd aceleai
elemente.
f. Legea de reglare de tip PID
I1IiI2unui-U1U2R1R2I1C1C2fig. 8. Schema unui bloc de reglare de
tip PIDSemnalul de ieire are expresia:,unde:; ; Legea de reglare de
tip PID se obine prin combinarea schemelor din figurile 2., 3. i 4.
, rezultnd n cazul aplicrii semnalului de intrare la borna
neinversoare schema din figura 8.
deci o lege PID analoag cu cea definit de:
.n cazul obinerii legii de reglare PID cu un singur amplificator
operaional, parametrii regulatorului sunt interdependeni,
modificarea unui parametru conducnd la modificarea celorlali
parametri.Prin folosirea unor circuite separate pentru obinerea
componentelor legii de reglare se asigur o independen total a
parametrilor de acordare KR, Ti i Td.
xcPIDfig.9. Principiul realizrii legii PID cu parametri
independenin figura 9 este prezentat principiul realizrii legii PID
cu parametri independeni, n care blocul sumator, prevzut cu o
reacie negativ pentru modificarea factorului KR, realizeaz nsumarea
semnalelor de ieire din blocurile P, I, D.
Fi pentru activitatea de nvare 2.1.1. Legi de reglare
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s precizai: expresia legii de reglare pentru diferite
tipuri de RA parametrii care caracterizeaz legile de reglare
asociai tipului de regulator automat legea de reglare realizat
Tipul activitii: Potrivire.
Sugestii: Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau
individualTimp de lucru recomandat: 10 minute
n coloana A sunt enumerate diferite tipuri de regulatoare
automate, iar n coloana B expresiile matematice ale legilor de
reglare corespunztoare acestora. Scriei pe fia de lucru asocierile
corecte dintre fiecare cifr din coloana A i litera corespunztoare
din coloana B. A. Tip RAB. Lege de reglare
1. Pa.
2. Ib.
4. PI
d. ,
5. PD
e. .
6. PIDf.
g. +.
Dac ai fcut corect toate asocierile trecei la urmtoarea
activitate, n caz contrar consultai fia de documentare 2.1. i
refacei activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 2.1.2. Obinerea legilor de
reglare pentru regulatoarele automate electronice
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai expresia legii de reglare pentru diferite
tipuri de RA asociai tipului de regulator automat legea de reglare
realizat selectai structura blocului de reglare a regulatorului
automat electronic n funcie de legea de reglare realizat precizai
parametrii regulatorului n funcie de legea de reglare realizat
Tipul activitii: Potrivire.
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau
individual.
Timp de lucru recomandat: 10 minute
Asociai schemelor de principiu a blocurilor de reglare ale
regulatoarelor automate electronice legile de reglare din lista de
mai jos:
,
.
,
+.
+.
Completai tabelul de mai jos.
Schema de principiu a blocului de reglareLege de reglare
U2IiI1I2-U1R1C2unR2 P
I1IiI2unui-U1U2R1R2I1C1
I1IiI2unui-U1U2R1R2I1C1C2
I1IiI2unui-U1U2R1R2
Dac ai fcut corect toate asocierile trecei la urmtoarea
activitate, n caz contrar consultai fia de documentare 2.1 i
refacei activitatea.Fi pentru activitatea de nvare 2.1.3. Legea de
reglare de tip P
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai expresia legii de reglare pentru diferite
tipuri de RA asociai tipului de regulator automat legea de reglare
realizat selectai structura blocului de reglare a regulatorului
automat electronic n funcie de legea de reglare realizat precizai
parametrii regulatorului n funcie de legea de reglare realizat
Tipul activitii: Diagrama pianjen
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
Folosind fiele de documentare 2.1 i 1.3 i alte surse de
informare (caietul de notie, documentaii tehnice, reviste de
specialitate, internet, etc) organizai informaiile despre
regulatorul de tip P dup urmtorul model:
Rspuns semnal treptLege de reglareRegulator tip PParametriSchem
de principiuPerformane
Evideniai prin conectori () legturile care se stabilesc ntre
blocuri.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 2.1 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 2.1.4. Determinarea factorului de
amplificare
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: determinai factorul de amplificare pe cale
experimental
Tipul activitii: Lucrare de laborator
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 60 de minute
Realizai circuitul din figura de mai jos pe platforma
experimental din laborator.Determinai factorul de amplificare.
R4R3R2R1 Ieire U2 + - +15V -15V R5 Intrare 1 2 3 4 5 6 7 8 AO
U1
Mod de lucru: Conectai la intrare generatorul de funcii Pentru
vizualizarea tensiunii de intrare conectai sonda corespunztoare
canalului A la intrare, iar pentru msurarea tensiunii de ieire,
sonda corespunztoare canalului B la ieire, conform schemei. Reglai
generatorul de funcii astfel nct s obinei la intrare un semnal
triunghiular cu frecvena de 1000 Hz i valoarea vrf la vrf de 1V.
Vizualizai forma de und a semnalului de ieire. Reprezentai pe fia
de lucru forma de und a semnalului de intrare i de ieire. Comparai
cele dou forme de und. Analizai rezultatele i tragei concluziile.
Calculai factorul de amplificare i comparai cu valorile obinute n
urma msurtorilor. Desfacei conexiunile ntre bornele 1 2 i 3 4 i
conectai bornele 5 6 i 7 8. Repetai paii anteriori. Desfacei
conexiunile ntre bornele 7 8 i conectai bornele 3 4. Repetai paii
anteriori. Desfacei conexiunile ntre bornele 3 4 i 5 6 i conectai
bornele 1 2 i 7 8. Repetai paii anteriori.
Completai urmtorul tabel:
Conexiune borne
KR
1-2 i 3-4
5-6 i 7-8
3-4 i 5-6
1-2 i 7-8
ntocmii un referat care va conine: scurt prezentare a
principiului lucrrii; schema de conexiuni electrice; tabel cu
rezultatele determinrilor experimentale; concluzii
Fi pentru activitatea de nvare 2.1.5. Legea de reglare de tip
PID
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai expresia legii de reglare pentru diferite
tipuri de RA asociai tipului de regulator automat legea de reglare
realizat selectai structura blocului de reglare a regulatorului
automat electronic n funcie de legea de reglare realizat precizai
parametrii regulatorului n funcie de legea de reglare realizat
Tipul activitii: Concasare
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
Schema de principiu a unui bloc de reglare de tip PID este dat n
figura de mai jos
-U1U2R1R2C1C2
Analizai urmtoarele situaii:1. Se elimin din schem C1;2. Se
elimin din schem C2 i se nlocuiete cu un rezistor R3;3. Se elimin
din schem C1 i C2 i se nlocuiesc cu rezistoarele R3(n locul lui
C1), respectiv R4(n locul lui C2);4. Se mrete R1 de trei ori i se
micoreaz C1 de trei ori, restul componentelor fiind nemodificate;5.
Se micoreaz R2 de patru ori i se mrete C2 de patru ori, restul
componentelor fiind nemodificate;6. Se mrete R2 de dou ori, restul
componentelor fiind nemodificate;7. Se micoreaz R1 de dou ori,
restul componentelor fiind nemodificate;8. Se schimb R1 i R2 ntre
ele.
Pentru fiecare situaie analizat:a. Reprezentai pe foaie schema
de principiu a blocului de reglare obinutb. Precizai legea de
reglare realizat de acestac. Determinai parametrii regulatoruluid.
Formulai concluzii pe baza analizei efectuate
Sugestii:
Clasa este mprit n 8 grupe. Fiecare grup analizeaz o situaie
astfel: grupa 1 situaia 1 grupa 2 situaia 2 grupa 3 situaia 3 grupa
4 situaia 4 grupa 5 situaia 5 grupa 6 situaia 6 grupa 7 situaia 7
grupa 8 situaia 8
Fiecare grup i alege un lider care va prezenta n faa clasei
rezultatele analizei efectuate.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 2.1 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 2.1.6. Obinerea legilor de
reglare PI i PD din legea de reglare de tip PID
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai expresia legii de reglare pentru diferite
tipuri de RA asociai tipului de regulator automat legea de reglare
realizat selectai structura blocului de reglare a regulatorului
automat electronic n funcie de legea de reglare realizat precizai
parametrii regulatorului n funcie de legea de reglare realizat
Tipul activitii: Problematizare
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
n tabelul de mai jos sunt date expresiile legilor de reglare
pentru regulatoarele automate de tip PI, PD i PID.
Tip regulator automat
Lege de reglare
PI
.
PD
,
PID
+.
Prin modificarea parametrilor si un regulator automat electronic
de tip PID poate fi transformat ntr-un regulator de tip PD, sau
unul de tip PI.
a. Pentru fiecare tip de regulator automat reprezentai schema de
principiu a blocului de reglare, precizai parametrii, denumirea
acestora i unitatea de msur.b. Analizai posibilitile transformrilor
legii PID n PI sau PD i precizai valorile fixate pentru parametrii
regulatorului PID n fiecare caz.c. Completai urmtorul tabel:
PID PDPID PI
KR=KR=
Ti=Ti=
Td=Td=
Recomandri: Fiecare echip i alege un lider care va prezenta
soluiile gsite n faa clasei. Comparai soluiile voastre cu cele
prezentate de celelalte echipe.
Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea activitate, n
caz contrar consultai fia de documentare 2.1 i refacei
activitatea.
Tema 3. Obinerea legilor de reglare pentru regulatoare automate
electronice i mecaniceFia de documentare 3.1. Regulatoare automate
electronice liniare Regulatoarele automate electronice (RAE) fac
parte din sistemele de reglare automat att pentru procese lente ct
i pentru procese rapide i au n componena lor circuite electronice
cu ajutorul crora realizeaz caracteristicile funcionale
necesare.Avantaje RAE: obinere relativ uoar a legilor de reglare;
inerie redus; posibiliti largi de miniaturizare; consum energetic
redus; posibiliti de transmitere a semnalelor la distan; posibiliti
de cuplare la calculator.Un dezavantaj al RAE n comparaie cu
regulatoarele pneumatice i cele hidraulice este faptul c nu prezint
siguran suficient n medii explozive sau inflamabile. Structura unui
RAE este prezentat n figura 1.
Fig.1. Schema bloc a unui regulator automat electronicXrxcde la
calculatorde la alt regulatorde la un operator manualBloc de
comutare a semnalului de referinBloc de afiareBloc calcul
eroareBlocuri de limitare Bloc se semnalizare optic i acusticBloc
de echilibrareUnitate de reglareBloc de comand manualBloc de
comutare a regimului de funcionarespre EE
Elementul principal este unitatea de reglare n care este
elaborat legea de reglare sau algoritmul de reglare. Unitatea de
reglare este alctuit din amplificatoare operaionale la care sunt
conectate circuite de corecie alese corespunztor legii de reglare
dorite.Eroarea sau mrimea de abatere este calculat att n unitatea
de reglare ct i n blocul de calcul al erorii. Deoarece mrimea de
referin poate fi prescris de: un operator; un alt regulator; un
calculator,este necesar introducerea unui bloc de comutare a
semnalului de referin.Mrimea de comand pentru acionarea elementului
de execuie este furnizat fie de unitatea de reglare, fie de la un
dispozitiv de comand manual, fie de la un calculator prin
intermediul comutatorului ce permite trecerea pe regimul de
funcionare automat-manual. Pentru ca trecerea de pe manual pe
automat i invers s se fac fr vibraii brute ale mrimii de comand
este necesar circuitul de echilibrare.Conform schemei bloc din
figura 1. RAE mai conine: blocuri de limitare a semnalelor n limite
admisibile; bloc de afiare a semnalelor de comand, ieire i eroare;
blocuri de semnalizare optic i acustic n cazul depirii limitelor
admisibile de mrimea de comand.Principalele elemente componente ale
RAE sunt:a. Circuite pentru realizarea legii de reglareAceste
circuite denumite i circuite de corecie sau elemente de corecie au
fost prezentate n fia suport 2.1.b.Elementul de comparaie (EC)Este
inclus n blocul de reglare i are rolul de a compara mrimea de
referin (xi) cu mrimea de reacie (xr).n figura 2. este reprezentat
cea mai simpl variant a unui EC realizat cu un amplificator
operaional n montaj diferenial.
Pentru notaiile din figur:U1 semnalul de reacie (mrimea de
reacie) iU2 semnalul de referin (mrimea prescris),se obine pentru
tensiunea de ieire:,semnalul de ieire fiind proporional cu eroarea
.U1-R1R1R2U2Uefig.2. Circuit de comparaie cu AO n montaj
diferenialc.Elemente de interfa cu operatorulAu rolul de a realiza
n ambele sensuri legtura ntre regulatorul automat i operator i
cuprind butoane i comutatoare pentru ca operatorul s poat: modifica
anumite condiii de funcionare; stabili valorile constantelor ce
intervin n legea de reglare; efectua trecerea de la funcionarea
automat la funcionarea cu comand manual a IT i invers.d.Elemente de
interfa cu calculatorulSunt instalate pe toate legturile dintre
calculator i sistemul de reglare automat, pe cele prin care
calculatorul primete informaii de la SRA i pe cele prin care sunt
transmise comenzi spre SRA.e.Surse de alimentarePermit alimentarea
cu o tensiune stabilizat, reglabil.Regulatoare automate electronice
pentru procese lenteDomeniul proceselor lente se caracterizeaz prin
constante de timp mai mari de 10s i cuprinde marea majoritate a
proceselor industriale n care se realizeaz reglri de temperatur,
presiune, debit, nivel etc. O alt caracteristic general a
proceselor lente const n faptul c timpul mort nu este neglijabil i
trebuie luat n consideraie n proiectarea regulatoarelor
electronice. Din cauza vitezelor mici de variaie a semnalelor,
constantele de timp Ti i Td au valori mari, ceea ce impune
utilizarea de amplificatoare operaionale i circuite de corecie cu
componente pasive de bun calitate, ale cror caracteristici s nu
varieze n timp.n figura 3. este prezentat structura general a unui
RA din sistemul unificat destinat reglrii proceselor lente. De fapt
acest sistem cuprinde o gam larg de regulatoare liniare cu aciune
continu i regulatoare neliniare.
Modul adaptor de intrareXrxi-+AfiareModul PIModul convertor de
ieireModul D+-fig.3. Schema bloc a unui regulator din SEROM
Principalele module componente ale RAE liniare din sistemul
unificat sunt: Modulul adaptor de intrare care conine elementul de
comparaie realizat cu dou amplificatoare operaionale, un bloc
pentru afiarea valorii abaterii pe placa frontal a regulatorului i
un bloc de filtrare prin care este trecut numai semnalul de reglat.
Modulul PI, de fapt un modul P+PI realizeaz componentele legii de
reglare. Modulul D deriveaz numai semnalul a crui valoare depinde
de mrimea de reacie ceea ce conduce la evitarea ocurilor n
funcionarea instalaiei tehnologice. Modulul convertor de ieire
asigur obinerea la ieire a semnalului unificat 4...20 mA curent
continuu.
Caracteristicile generale ale RAE liniare din sistemul unificat:
blocurile de reglare sunt realizate cu amplificatoare electronice
integrate cu performane ridicate, cureni de intrare foarte mici.
semnalul de eroare este prelucrat dup o lege de reglare de tip PI
iar mrimea de reacie dup o lege PID, pentru evitarea ocurilor
provocate de componenta derivativ asupra instalaiei tehnologice.
pentru limitarea efectelor zgomotelor sunt prevzute filtrri ale
semnalelor. semnalul de intrare, respectiv de ieire sunt semnale
unificate.Regulatorul PID continuu pentru procese lente Este un
regulator cu structur PID ce face parte din sistemul unificat cu
circuite integrate i este destinat utilizrii n bucle de reglare
automat aferente proceselor tehnologice lente, cnd elementele de
execuie sunt de tip continuu. n funcie de variantele de echipare,
cu sau fr surs intern de referin, cu circuit de reacie operaional
ce permite obinerea unei legi de reglare PI sau PID, se deosebesc
diferite variante ale acestor regulatoare. Ansamblul funcional se
gsete ntr-o carcas paralelipipedic, montat pe un saiu glisant,
schema electric fiind echipat pe module debroabile, cu un panou
frontal avnd elementele principale de comand i semnalizare.
1.Indicator abatere 6.Buton pentru echilibrare 2.Indicator
semnal de ieire 7.Buton sensibilitate abatere 3.Indicator referin
intern 8.Butoane acionare semnal ieire 4.Buton comand referin
intern 9.Comutator automat/manual A/M 5.Comutator referin
intern/extern I/E Fig. 4. Panoul frontal al RA Cu ajutorul
butoanelor din interiorul regulatorului operatorul poate efectua
urmatoarele comenzi interne: prescrierea parametrilor de acordare
BP, Ti , Td ; tipul de comand, direct/ invers, n functie de
caracteristica elementului de execuie; stabilirea limitelor
semnalului de ieire. Parametrii de acordare sunt: BP: 2%...500%
continuu; 2%...1000% la comand special Ti : 1s... 2000s Td:
0,6s...600s Limitarea inferioara a semnalului de iesire: 0%
Limitarea superioara a semnalului de iesire: 100%. Regulatoare
automate electronice pentru procese rapideProcesele rapide se
caracterizeaz prin viteze mari de variaie a mrimilor reglate, mai
mici de 10s, procese ntlnite n domeniul acionrilor electrice i
echipamentelor electroenergetice.n cadrul proceselor rapide cele
mai frecvent mrimi reglate sunt: mrimi de poziie (deplasri liniare,
unghiulare) viteze liniare sau de rotaie mrimi electrice i
magnetice (intensitatea curentului electric, tensiune electric,
flux magnetic).Condiii impuse sistemelor de reglare automat pentru
procese rapide: gam larg de variaie a mrimii reglate vitez mare de
rspuns (efectul unei variaii brute a sarcinii trebuie nlturat n
100ms.) precizie mare a reglrii (1% sau chiar 0,1%) constan n timp
a parametrului reglat; nivel redus al semnalelor de
intrare.Elementele de automatizare folosite n sistemele de reglare
automat a proceselor rapide prezint particulariti datorit
condiiilor enumerate mai sus i datorit naturii mrimilor
reglate.Astfel RAE pentru procese rapide trebuie s fie compatibile
cu elementele de execuie, de obicei electrice, specifice acestor
procese. Legile de reglare se obin pe baza acelorai scheme
electrice ca n cazul proceselor lente, cu deosebirea c valorile
rezistenelor i capacitii condensatoarelor din circuitele de corecie
sunt mai mici deoarece constantele de timp Ti i Td sunt mai
mici.
UUrUiRsZ3Z2Z1R0R0- A+fig.5. Schema de principiu a RAE pentru
procese rapiden figura 5. este prezentat schema bloc a RAE pentru
procese rapide folosit n sistemul unificat.
Acesta cuprinde:EC (cele dou rezistoare R0) care compar semnalul
de referin (Ui) cu semnalul de reacie (Ur)Amplificatorul diferenial
ACircuitul de reacie (impedanele Z1, Z2 i Z3).Rs rezistorul de
sarcin
76
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.1. Regulatoare automate
electronice liniare
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s precizai: caracteristicele regulatoarelor automate
electronice liniare blocurile componente ale regulatoarelor
automate electronice liniare avantajele i dezavantajele
regulatoarelor automate electronice liniare
Tipul activitii: Expansiune
Sugestii: Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau
individual
Timp de lucru recomandat: 10 minute.
Pornind de la urmtoarele dou enunuri incomplete realizai un eseu
de aproximativ 10 rnduri, intitulat Regulatoare automate
electronice liniare. Pentru dezvoltarea ideilor coninute n enunuri
i pentru realizarea eseului folosii cel puin 10 cuvinte din lista
dat mai jos.
Regulatoarele automate electronice liniare fac parte din
sistemele de ....... pentru procese ....... i pentru procese
rapide.
Principalele elemente componente sunt ....... pentru realizarea
....... , elementul de comparaie, elementele de ....... cu
operatorul i ....... i sursa de alimentare
Lista de cuvinte: afiare, amplificator operaional, avantaje,
calculator, corecie, dezavantaje, interfa, lege de reglare, limite
admisibile, mediu exploziv, miniaturizare, montaj diferenial,
procese lente, reglare automat, semnalizare, siguran n funcionare,
transmitere semnale
Evaluare:Dac rezolvai cerinele din enun trecei la urmtoarea
activitate, n caz contrar consultai fia de documentare 3.1 i
refacei activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.2. Schema bloc a unui
regulator automat electronic
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s precizai: blocurile componente ale regulatoarelor
automate electronice liniareTipul activitii: Potrivire.
Sugestii:Putei lucra n grupe mici (2 3 elevi) sau
individual.
Timp de lucru recomandat: 10 minute.
n figura de mai jos este reprezentat schema bloc a unui
regulator automat electronic
xcde la calculatorde la alt regulatorde la un operator
manualBloc calcul eroareBlocuri de limitare spre EE
Completai schema bloc a regulatorului automat electronic cu
denumirile corespunztoare ale blocurilor din urmtoarea list: bloc
de afiare, bloc de comutare a semnalului de referin, bloc de
comutare a regimului de funcionare, bloc de echilibrare, bloc de
comand manual, bloc de semnalizare optic i acustic, unitate de
reglare.
Dac toate blocurile au fost completate corect trecei la
urmtoarea activitate, n caz contrar consultai fia de documentare
3.1 i refacei activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.3. Regulatorul automat
electronic liniar (2)
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: precizai blocurile componente ale regulatoarelor automate
electronice liniare identificai semnalele de intrare i ieire din
fiecare bloc explicai rolul funcional al fiecrui bloc explicai
rolul comutatoarelor precizai mrimile indicate de aparatele
indicatoare
Tipul activitii: Metoda grupurilor de experi
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
n figura de mai jos este prezentat schema bloc a unui regulator
automat electronic.Analizai schema din urmtoarele puncte de
vedere:1. blocuri componente2. semnale3. aparate indicatoare4.
comutatoare5. reglaje posibile
Suntei mprii n echipe alctuite din 5 elevi. Fiecare elev din
echip primete un numr de la 1 la 5. Formai 5 grupuri de experi
astfel: grupul de experi nr. 1 va fi format din toi elevii cu
numrul 1 grupul de experi nr. 2 va fi format din toi elevii cu
numrul 2 grupul de experi nr. 3 va fi format din toi elevii cu
numrul 3 grupul de experi nr. 4 va fi format din toi elevii cu
numrul 4 grupul de experi nr. 5 va fi format din toi elevii cu
numrul 5
Fiecare grup de experi va analiza timp de 10 minute schema bloc
a regulatorului automat electronic din punctul de vedere
corespunztor din enun.Dup ce ai devenit experi n subtema studiat
revenii n echipele iniiale i timp de 10 minute mprtii colegilor de
echip concluziile analizei efectuate.
Manual Automat( 2 )xrefxc( 3 )( 7 ) Ref.intRef.extxrefxrDe la
traductor( 1 ) :reglajexr( 19 )( 18 )( 17 )( 16 )( 15 )( 14 )( 13
)( 12 )( 11 )( 10 )( 9 )( 8 )( 5 )( 6 )( 4
)IDIDREFERININTERNREFERINEXTERNBloc de limitareMODULEP I DComand
manualGenerator semnal de referin
Dac ai rezolvat cerinele corect trecei la urmtoarea activitate,
n caz contrar consultai fia de documentare 3.1 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.4. Indicatorul mrimii de
comand al unui regulator automat electronicCompetena:Stabilete
legea de reglare dup care funcioneaz un regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: precizai mrimile indicate de aparatele indicatoare ale
regulatorului automat electronic pe baza citirilor efectuateTipul
activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai individual
Timp de lucru recomandat: 10 minute
n figura de mai jos este reprezentat aparatul indicator al
mrimii de comand de pe panoul frontal a dou regulatoare automate
electronice.
0%100%0%100%
tiind c regulatoarele sunt unificate i furnizeaz la ieire un
semnal de curent continuu cu gama de variaie 4 20mA:1. Precizai
valoarea mrimii de comand indicat n fiecare caz2. Determinai
valoarea intensitii curentului care corespunde fiecrei
indicaii.
Comparai rspunsurile voastre cu cele ale colegului de banc i
apoi cu cele prezentate de profesor pe folie.
Dac ai rezolvat cerinele corect trecei la urmtoarea activitate,
n caz contrar consultai fia de documentare 3.1 i refacei
activitatea.Fi pentru activitatea de nvare 3.1.5. Aparatele
indicatoare ale unui regulator automat electronic liniar
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: identificai aparatele indicatoare ale regulatoarelor electronice
precizai mrimile indicate de aparatele indicatoare pe baza
citirilor efectuateTipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai pe grupe (4 elevi)
Timp de lucru recomandat: 15 minuten figura de mai jos sunt
reprezentate aparatele indicatoare de pe panoul frontal al unui
regulator automat electronic ale urmtoarelor mrimi: mrime de
referin (xref) eroare () mrime de comand (xc) mrime de reacie
(xr)
0%100%0%100%-15%+15%0%100%-15%+15%
Regulatorul unificat furnizeaz la ieire un semnal de curent
continuu cu gama de variaie 4 20mA i este configurat ca un
regulator de tip P.
Pe baza analizei poziiei celor patru indicatoare i a relaiilor
dintre mrimi stabilii pentru fiecare aparat mrimea corespunztoare
indicat. Scriei n ptratul cu chenar rou din dreptul fiecrui
indicator valoarea mrimii indicate i simbolul mrimii
respective.Determinai banda de proporionalitate a
regulatorului.
Recomandri:
fiecare elev din echip determin pentru cte un indicator valoarea
mrimii indicate discutai n echip i precizai pentru fiecare
indicator mrimea indicat de acesta. n echip, pe baza legii de
reglare determinai factorul de amplificare i apoi banda de
proporionalitate comparai rspunsurile voastre cu cel prezentate de
profesor pe folie.
Dac ai rezolvat cerinele corect trecei la urmtoarea activitate,
n caz contrar consultai fia de documentare 3.1 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.6. Elementul de comparaie al
unui regulator automat electronic
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: identificai dup schem elementul de comparaie al regulatorului
automat electronic determinai dependena ntre mrimile de intrare i
ieire din elementul de comparaie asociai semnalelor de intrare i
ieire mrimile corespunztoare din sistemul de reglare automat
Tipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
n figura de mai jos este reprezentat schema elementului de
comparaie al unui regulator automat electronic cu amplificator
operaional n montaj diferenial
R2U1-R1R1R2U2Ue
1. Calculai expresia tensiunii de ieire n funcie de U1, U2, R1 i
R2 2. Precizai ce valoare a tensiunii indic un voltmetru conectat
la ieire dac U1=U2. 3. tiind c tensiunile U1 i U2 corespund
semnalelor de reacie, respectiv referin, pentru ce valori ale lui
R1 i R2 tensiunea de ieire corespunde semnalului de eroare.
Comparai rspunsurile voastre cu cel prezentate de profesor pe
folie.
Dac ai rezolvat cerinele corect trecei la urmtoarea activitate,
n caz contrar consultai fia de documentare 3.1 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.7. Legea PID cu parametri
independeni
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: identificai dup scheme circuite ale regulatoarelor automate
electronice liniare caracterizai regulatorul automat dup legea de
reglare realizat precizai parametrii regulatorului n funcie de
elementele circuitului de corecie
Tipul activitii: Studiu de caz
Sugestii:Lucrai n echip (4 elevi)
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
n figura de mai jos sunt date scheme electrice pentru diferite
circuite ale unui regulator automat electronic liniar.
C1R1+R3R4+
R0R0R0R0+R2C2+
Analizai posibilitatea obinerii legii de reglare PID cu
parametri independeni.Determinai parametrii regulatorului.
Recomandri: Constituii echipe de cte 4 elevi. Fiecare elev din
echip va analiza schema unui circuit. Identificai mai nti
circuitul, precizai rolul acestuia i relaia dintre mrimile de
intrare i ieire. Consultai fiele de documentare 3.1 i 2.1. Discutai
n echp i propunei o soluie. Echipa prin liderul ei va prezenta
soluia gsit n faa clasei.
Dac ai rezolvat cerinele corect trecei la urmtoarea activitate,
n caz contrar consultai fia de documentare 3.1 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.8. Regulatoare automate
electronice pentru procese lenteCompetena:Stabilete legea de
reglare dup care funcioneaz un regulator automat
Obiective vizate:Dup efectuarea acestei activiti vei fi capabili
s: caracterizai procesele lente precizai caracteristicele
regulatoarelor automate electronice (RAE) pentru procese lente
identificai elementele componente n schema bloc a RAE pentru
procese lente precizai rolul modulelor componente
Tipul activitii: Diagrama pianjen
Sugestii:Lucrai pe grupe
Timp de lucru recomandat: 20 de minute
Folosind fia de documentare 3.1. i alte surse de informare
(caietul de notie, documentaii tehnice, reviste de specialitate,
internet, etc) organizai informaiile despre regulatorul automat
electronic (RAE) pentru procese lente dup urmtorul model:
Rol moduleModule componenteRAE pentru procese
lenteCaracteristici generale RAE procese lenteSchem
blocCaracterizare procese lenteEvideniai prin conectori ()
legturile care se stabilesc ntre blocuri.
Dac ai rezolvat cerinele corect trecei la urmtoarea activitate,
n caz contrar consultai fia de documentare 3.1 i refacei
activitatea.
Fi pentru activitatea de nvare 3.1.9. Regulatorul automat pentru
procese lente ELC 1132 lege de reglare PD
Competena:Stabilete legea de reglare dup care funcioneaz un
regulator automat
Obiective vizate:Dup parcurgerea acestei activiti vei fi
capabili s: precizai expresia legii de reglare pentru diferite
tipuri de RA asociai tipului de regulator automat legea de reglare
realizat precizai parametrii regulatorului n funcie de legea de
reglare realizat
Tipul activitii: Problematizare
Sugestii:Lucrai individual
Timp de lucru recomandat: 10 minute
Regulatorul automat ELC 1132 are urmtoarele game de variaie
pentru parametri: BP: 2%...500% ; Ti : 1s... 2000s; Td:
0,6s...600s.Analizai posibilitatea transformrii regulatorului PID
ntr-un regulator PD cu urmtorii parametri: KR=0,5 Td=10sPrecizai
valorile parametrior regula