Метод неполного притока и оттока энергии

Рассмотрим в общем случае систему автоматического регулиро­вания объекта с самовыравниванием при двухпозиционном регуляторе с несимметричной статической характеристикой без зоны неоднозначности при наличии запаздывания в системе.

С учетом (1-47) диапазон колебаний регулируемой величины в этом случае (при а = 0) запишется

.                          (3-1)

Так как для данного объекта коэффициент его передачи , постоянная времени Т и время запаздывания  постоянны, то диапазон колебаний регулируемой величины (3-1) может быть уменьшен только за счет уменьшения величины коммутируемой энергии регулятором B ₁и В ₂.

В общем случае при выборе величины В исходят из необходимости обеспечения достаточного быстродействия системы при выводе ее на заданный режим при включении системы. После достижения регулируемой величиной заданного значения (для поддержания ее на заданном уровне, как правило, требуется энергии значительно меньше).

Для уменьшения положительной амплитуды колебаний целесообразно после вывода системы на режим неполной энергии (индекс «н» – неполный) уменьшить величину В ₁ до значения B _lн < В ₁. Это достигается, например, при регулировании температуры электрической печи путем переключения нагревательных элементов с параллельного на параллельно-последовательное включение.

Рис. 3-1. Переходный процесс двухпозиционного регулирования
 при неполном притоке и оттоке энергии

При этом величину B _lн выбирают из такого расчета, чтобы регулятор полностью, с некоторым запасом, мог бы компенсировать максимальные возмущающие воздействия на объект, направленные на уменьшение регулируемой величины, B _lн > f _2макс. Таким образом, неполным притоком энергии можно уменьшить положительную амплитуду колебаний регулируемой величины x _l (рис. 3-1) до величины x _lн.

Если при достижении регулируемой величиной заданного значе­ния полностью прекратить подачу энергии в объект, то уменьшение регулируемой величины будет происходить быстро. По этой причине в связи с запаздыванием в системе отрицательная амплитуда колебаний х ₂ будет иметь большое значение. Если при достижении заданной температуры подачу энергии полностью не прекращать, а только уменьшать на некоторую величину, то уменьшение регулируемой величины будет происходить медленнее и соответственно меньше будет отрицательная амплитуда х _2н колебаний регулируемой величины. При этом величину B _2н выбирают из такого расчета, чтобы регулятор полностью мог бы компенсировать максимальные возмущающие воздействия на объект, направленные на увеличение регулируемой величины B _2н > f _1макс.

Таким образом, благодаря неполному притоку и оттоку энергии диапазон колебаний регулируемой величины уменьшается со значения, определяемого выражением (3-1), до значения

                                 (3-2)

Метод неполного притока и оттока энергии является эффективным средством улучшения качества двухпозиционного регулирования. При этом также облегчается режим работы регулятора в связи с уменьшением величины коммутируемой им энергии.

На рис. 3-2 представлена система автоматического регулирования температуры электрической цепи сопротивления с двухпозиционным регулятором при неполном притоке и оттоке энергии в установившемся процессе регулирования.

Рис. 3-2. Схема автоматического регулирования температуры
электропечи при неполном притоке и оттоке энергии

При включении регулятора выключателем Вк срабатывает реле Р ₁, которое подает напряжение на нагревательные элементы. Все нагревательные элементы Н ₁, Н ₂, Н ₃ и Н ₄ включены параллельно. При показаниях контактного ртутного термометра ТПК, равных заданному значению температуры, замыкаются его контакты и срабатывает реле Р ₂, которое включает нагревательные элементы Н ₁ и Н ₂ последовательно. Одновременно через замкнувшийся контакт реле Р ₂ включается реле Р ₃, которое встает на самоблокировку. Реле Р ₃ включает нагревательные элементы Н ₃ и Н ₄ тоже последовательно. В результате этого подача энергии уменьшается настолько, что оказывается недостаточной для поддержания заданного значения температуры. При уменьшении температуры до значения, ниже заданного, размыкается контакт термометра ТПК, размыкается реле Р ₂ и нагревательные элементы Н ₁ и Н ₂  включаются параллельно. Количество подаваемой энергии в объект увеличится до значения, большего, чем это необходимо для поддержания заданной температуры. Температура начнет повышаться, но со скоростью, меньшей, чем при первоначальном включении регулятора, так как реле Р ₃ при этом остается включенным.

В установившемся процессе регулирования нагревательные элементы Н ₃ и Н ₄ все время остаются включенными последовательно, а регулятор коммутирует только количество подаваемой энергии на нагревательные элементы Н ₁ и Н ₂, включая их последовательно или параллельно.

На рис. 3-3 представлена система автоматического регулирования с двухпозиционным регулятором с неполным оттоком. Система поддерживает на заданном уровне температуру масла в баке путем подачи горячей воды через змеевик. Заданное значение температуры измеряется ртутным термометром ТПК с электроконтактами.

Рис. 3-3. Схема автоматического регулирования температуры масла
в баке при неполном оттоке энергии

Если температура масла в баке меньше заданной, то через размыкающий контакт реле включается катушка соленоидного вентиля СВ и горячая вода циркулирует через змеевик, нагревая масло. При заданном значении температуры замыкаются контакты термометра ТПК, срабатывает реле Р, цепь катушки соленоидного вентиля разрывается и вентиль под действием пружины закрывается. Если при этом ручной вентиль В ₁ на байпасе будет частично открыт, то через него будет постоянно проходить некоторое количество горячей воды, чем и будет обеспечиваться неполный отток при двухпозиционном регулировании.

Величина неполного оттока устанавливается степенью открытия вентиля В ₁. Ручные вентили В ₂ и В ₃ при нормальной работе открыты. Они закрываются на период замены пли ремонта соленоидного вентиля.

Кроме уменьшения диапазона колебаний регулируемой величины, в системе рис. 3-3 благодаря неполному оттоку уменьшается запаздывание в системе, так как обеспечивается постоянная циркуляция горячей воды через змеевик.