Publié: 26 mars 2012

Régulateurs automatiques

Un dispositif à fonctionnement automatique conçu pour réguler n'importe quel paramètre d'un objet est appelé régulateur automatique.

Les régulateurs automatiques peuvent être à action directe (directe) et indirecte (indirecte) (Fig. 7).

Un régulateur automatique d'action directe (directe) est appelé le régulateur le plus simple, dont l'élément sensible (primaire) peut affecter directement l'organe de régulation (exécutif) sans dispositif d'amplification-conversion ni source d'énergie supplémentaire. Un tel régulateur fonctionne uniquement au détriment de l'énergie de l'objet régulé lui-même.

Un exemple de régulateur automatique à action directe est le système de stabilisation du niveau d'eau dans le réservoir (Fig. 8.6). L'objet régulé est le réservoir 1, le paramètre régulé est la hauteur du plan d'eau H. La valeur du paramètre régulé dépend du rapport entre les valeurs d'apport d'eau Qi et son débit Q2. La stabilisation de ce paramètre est réalisée par l'organe de régulation - amortisseur 2, commandé par un élément sensible - flotteur 5 par l'intermédiaire du levier 3 et du régleur 4.

Une diminution du niveau d'eau entraîne la descente du flotteur et, par conséquent, l'ouverture du registre 2, c'est-à-dire une augmentation du débit d'eau. Lorsque le niveau augmente, le processus inverse se produit.

Un régulateur automatique d'action indirecte (indirecte) est appelé un, qui comprend un dispositif amplificateur-convertisseur, alimenté par une source d'énergie externe.

Le schéma du régulateur à action indirecte conçu pour réguler le niveau d'eau dans le réservoir 1 est illustré à la fig. 9.6. Le registre 2, qui régule la quantité d'eau entrante Qb, est contrôlé par un élément sensible - le flotteur b, non pas en raison de l'énergie de l'eau, mais en raison de énergie électrique, impliqué dans le fonctionnement de l'organe de conversion - potentiomètre 4 et amplificateur - moteur électrique 3 (entraînement de l'organisme de régulation).

Pour le régulateur considéré, avec le curseur du potentiomètre relié au levier 5 en position médiane, la hauteur du niveau d'eau est égale à la valeur de consigne R, et le moteur électrique 3 ne fonctionne pas. Lorsque le niveau d'eau baisse, le flotteur, en s'abaissant, déplace le curseur du potentiomètre vers le signe plus et le moteur électrique ouvre légèrement le registre 2. Lorsque le niveau monte, le curseur se déplace vers le signe moins, ce qui fait tourner le moteur électrique dans le sens opposé, et par conséquent, le registre est recouvert.

Selon la méthode de déplacement de l'organisme de réglementation, les régulateurs automatiques peuvent être à action continue et intermittente.

Dans les régulateurs automatiques à régulation continue, l'organe de régulation, à l'exception des extrêmes, occupe n'importe quelle position intermédiaire, en fonction du déroulement du processus. Des exemples de tels régulateurs sont illustrés à la Fig. 8 et 9. Dans les régulateurs automatiques à commande intermittente, l'organe réglant n'occupe que deux positions extrêmes (pour les bi-positions) ou deux extrêmes et plusieurs intermédiaires (pour les multi-positions).

Un exemple de régulateur intermittent à deux positions est le régulateur automatique de température illustré à la fig. 6.6. Ici, le corps de régulation (soupape de commande de vapeur) peut être ouvert ou fermé, c'est-à-dire n'occuper que deux positions extrêmes.

La nature du flux du processus de régulation continue est déterminée par la loi de régulation, c'est-à-dire la dépendance de la valeur de sortie du contrôleur automatique à l'entrée.

La loi de régulation est déterminée par le dispositif de commande du régulateur. Sur cette base, les régulateurs automatiques sont divisés en statique et astatique. Leurs caractéristiques peuvent être considérées sur l'exemple des régulateurs automatiques de niveau d'eau (voir Fig. 8 et 9).

Un contrôleur statique ou proportionnel est un contrôleur qui fournit une action de contrôle proportionnelle à l'écart de la valeur contrôlée :

Cet effet est obtenu en incluant des éléments statiques dans le contrôleur et en utilisant une rétroaction dure. Dans le contrôleur de niveau d'eau statique illustré à la fig. 8.6, la valeur du paramètre contrôlé ne reste pas constante, mais dépend de l'ampleur de l'effet perturbateur. Pour maintenir le niveau à la même hauteur, il faut que l'arrivée d'eau soit égale à son débit L'arrivée d'eau dépend de l'ouverture du clapet 2, c'est-à-dire de la position du flotteur 5. Plus le débit d'eau est important , plus le registre doit être entrouvert et plus le flotteur sera bas dans l'état stable du régulateur, avec une diminution du débit d'eau, plus la position du flotteur sera élevée. Ainsi, le niveau d'eau dans le réservoir dépend de la quantité d'eau qui s'écoule, c'est-à-dire de l'ampleur de la perturbation, et fluctue dans de petites limites par rapport à la valeur moyenne.

Le fonctionnement d'un régulateur statique est toujours caractérisé par une erreur constante. Ses caractéristiques positives incluent une petite tendance aux fluctuations du paramètre contrôlé. Les régulateurs statiques, de conception plus simple, sont utilisés dans les cas où une petite erreur dans leur fonctionnement n'affecte pas de manière significative un objet non régulé.

Dans un régulateur astatique, la valeur de sortie y (action de régulation) est proportionnelle à l'intégrale de l'écart de régulation :

Dans un tel contrôleur (voir Fig. 9.6), la valeur du paramètre contrôlé ne dépend pas de l'amplitude de l'excitation. Dans l'exemple considéré, ceci est assuré par le fait qu'il n'y a pas de liaison rigide entre l'élément sensible - flotteur 6 et l'organe réglant - amortisseur 2. En régime permanent et à différentes valeurs de débit d'eau Q2, le registre occupera différentes positions et le flotteur sera toujours le même, correspondant à la valeur donnée H du niveau d'eau dans le réservoir.

Un régulateur astatique, contrairement à un régulateur statique, est dépourvu d'erreur de commande statique. Cependant, il est sujet à des processus oscillatoires et n'est pas toujours stable en fonctionnement.

Pour que le régulateur automatique soit adapté à utilisation pratique, il est nécessaire d'assurer la stabilité du système et une qualité de régulation acceptable.

La stabilité du système de contrôle automatique est déterminée par un certain nombre d'indicateurs qui reflètent la nature des processus transitoires pendant la régulation. La littérature spécialisée fournit des critères et des méthodes pour analyser la stabilité des régulateurs.

La qualité du processus de régulation est comprise comme la correspondance entre l'évolution donnée et l'évolution réelle du paramètre contrôlé. Habituellement, cette qualité est déterminée par les indicateurs suivants:
1) la différence entre les valeurs réglées et réelles du paramètre contrôlé en régime permanent (erreur système); 2) dépassement (dépassement), c'est-à-dire le plus grand écart de la valeur réelle du paramètre par rapport à celle donnée; 3) le temps de contrôle (vitesse du système), qui est pris égal à la durée du processus transitoire depuis son début jusqu'au moment où le paramètre contrôlé acquiert une valeur proche (généralement 95-97%) de la valeur en régime permanent ; 4) le nombre d'oscillations du paramètre contrôlé à un instant donné.

Il existe deux manières d'augmenter la stabilité et la qualité de la régulation des automatismes : en modifiant les paramètres de l'objet régulé ou du régulateur et en modifiant le schéma synoptique du régulateur. En pratique, ils modifient généralement le schéma fonctionnel du régulateur, pour lequel des liens supplémentaires sont introduits. Les dispositifs de régulateurs automatiques, constitués de tels liens, sont appelés correctifs. Souvent, ils représentent divers types de retour d'information (interne) supplémentaire.

Parmi les régulateurs automatiques à dispositifs correcteurs, les plus courants sont isodromiques et à action sur la dérivée (avec avance).

Ainsi, ces contrôleurs ont les bonnes propriétés dynamiques des contrôleurs statiques combinées aux bonnes propriétés statiques (par exemple, pas de déviation en régime permanent) des contrôleurs non statiques.

Cette combinaison est obtenue à l'aide de rétroactions flexibles qui n'agissent que pendant les processus transitoires pour amortir les oscillations et sont absentes en régime permanent.

Le schéma d'un contrôleur isodromique avec rétroaction flexible sous la forme d'une cataracte pour le contrôle automatique de la température est illustré à la fig. 10. La température dans la chambre 18 est mesurée par un thermomètre à résistance 17 inclus dans l'un des bras du pont électrique de mesure 15. L'enroulement d'un relais sensible polarisé 9 est relié à l'une des diagonales du pont, et le second diagonal est alimenté par une source de tension constante. La température à stabiliser est fixée par le régulateur 16, qui déplace le curseur d'une des résistances R du pont électrique.

Lorsque la température dans la chambre est supérieure à celle réglée, le relais 9 ferme le contact 10, qui active l'enroulement 8 du moteur réversible 7 courant continu. Le moteur fait tourner le rouleau 2 relié à la vanne 1 de la conduite de vapeur, réduisant ainsi l'alimentation en vapeur du réchauffeur 19 de la chambre.

Lorsque la température dans la chambre diminue, le sens du courant dans l'enroulement du relais polarisé change dans le sens opposé et le relais ferme le contact 11, qui active l'enroulement 6. Le moteur commence à tourner dans le sens opposé et le rouleau 2 ouvre la vanne 1, à la suite de quoi l'alimentation en vapeur du réchauffeur 19 augmente.

Un dispositif isodromique pour améliorer les caractéristiques dynamiques du régulateur a été réalisé à l'aide d'une cataracte (frein hydraulique) 4 avec un ressort 5. Lorsque le rouleau 2 tourne, le levier 3 se déplace, et avec lui la cataracte 4 avec le curseur 12 du potentiomètre 14. Cela modifie le rapport entre les résistances incluses dans les épaules du pont 15, et un signal correctif supplémentaire est fourni à l'enroulement de relais 9. La liaison rigide du levier 3 avec le moteur 12 n'existe que lorsque le levier est déplacé rapidement dans les processus transitoires, car alors le petit trou de l'amortisseur 13 empêche l'huile de se déplacer d'une cavité de cataracte à l'autre et la tige avec le cylindre de cataracte bouge comme un seul. Après un certain temps, lorsque le processus de transition est terminé, le ressort de cataracte 5 ramène le piston et le moteur 12 à sa position d'origine, faisant passer l'huile à travers l'amortisseur 13 d'une cavité du cylindre de cataracte à une autre. Ainsi, à la fin du processus de régulation, l'équilibre du pont, fixé par le maître 16, est à nouveau rétabli.

Si l'objet régulé a une grande capacité (la constante de temps est grande), l'utilisation d'un régulateur isodromique à rétroaction souple n'est pas nécessaire. Dans ce cas, des contrôleurs statiques à rétroaction dure peuvent être utilisés (voir ligne pointillée sur la Fig. 10).

Les régulateurs agissant sur la dérivée de l'écart effectuent une régulation sur l'écart et sa dérivée, ce qui permet de prendre en compte la nature de l'évolution de la variable contrôlée. Par conséquent, ils sont également appelés pré-régulateurs.

Cette caractéristique est essentielle dans la régulation des processus rapides. La loi de régulation de tels régulateurs peut être exprimée par l'équation

Les contrôleurs dérivés atténuent les oscillations et augmentent la réactivité du système, améliorant ainsi la qualité des transitoires.

L'effet de l'amélioration de la qualité des transitoires dans les pré-régulateurs peut être vu sur la Fig. 11. Supposons que la variation du paramètre contrôlé dans le temps soit exprimée par une courbe continue (Fig. 11, a).

Le contrôleur proportionnel statique considéré précédemment sans dispositifs de correction réduit l'écart entre les valeurs de consigne et les valeurs réelles des paramètres, non seulement tant qu'il existe, mais aussi (en raison de l'inertie) pendant un certain temps après son élimination. Par conséquent, un tel contrôleur passe à l'action dans la direction opposée non pas au point B, lorsque la désadaptation est nulle, mais un peu plus tard, à la section BC, exerçant pendant un certain temps un effet opposé à celui requis.

Le pré-régulateur fonctionne différemment. Dans la zone d'écart croissant du paramètre contrôlé par rapport à celui spécifié, l'action du contrôleur est forcée, car au début du processus transitoire, l'écart et la dérivée ont les mêmes signes, et la dérivée a valeur la plus élevée lorsque Ax est proche de zéro. De ce fait, la plus grande déviation du paramètre au début du processus transitoire diminuera, par exemple, le point A prendra la position Ai. Sur la section AB, du fait de la diminution de l'écart du paramètre contrôlé, la dérivée change de signe. Par conséquent, le régulateur donne une action égale non pas à la somme, mais à la différence des signaux en termes d'écart et de dérivée, c'est-à-dire moins. Si le contrôleur sans avance a reçu une commande de commutation pour agir dans le sens opposé à proximité du point B, alors le contrôleur avec avance reçoit une telle commande plus tôt, par exemple à proximité du point E, lorsque les signaux d'écart et de dérivée sont égaux. Le fait de commuter le régulateur pour qu'il agisse dans le sens opposé avant que l'écart de paramètre ne s'arrête, empêche cet écart dans le sens négatif. Le processus transitoire peut devenir apériodique, comme le montre la ligne pointillée de la Fig. 11a.

Les dispositifs de correction utilisés pour l'effet supplémentaire du contrôleur sur l'objet, qui est proportionnel à la dérivée du paramètre contrôlé, peuvent être différents. Différentes façons ils peuvent également être inclus dans le régime.

Sur la fig. La figure 11c montre un schéma élémentaire d'un système de commande automatique à action dérivée. Ici, le dispositif correcteur est un élément différenciateur inclus en série dans la chaîne d'action principale des maillons du système. L'écart du paramètre contrôlé est envoyé à l'entrée de ce lien, et la sortie est une valeur égale à la somme de deux termes, dont le premier est proportionnel à l'écart du paramètre contrôlé, et le second est la dérivée de cette déviation. Les paramètres de sortie des éléments de transformation, d'exécution et de régulation sont indiqués par les fonctions du train à partir de l'instant i.

Sur la fig. 11, g donné schéma contrôle automatique de la vitesse de rotation de l'arbre d'un moteur électrique à courant continu, correspondant au schéma d'éléments de la fig. 11, ch. L'élément différenciateur (représenté en pointillés) est un circuit de résistances RiR2 et de capacité C, assemblés de telle sorte que

, c'est à dire.

Dans le circuit, l'élément de mesure est une génératrice tachymétrique, sa tension est proportionnelle au nombre de tours n du moteur électrique D. Cette tension est comparée à la tension spécifiée sur le potentiomètre de consigne.

La tension de sortie U3 du circuit différenciateur est fournie à l'amplificateur 1 et la tension amplifiée est appliquée à l'enroulement d'excitation de l'amplificateur électromagnétique EMU utilisé comme élément de commande du système.

Le système fonctionne comme suit. Avec une augmentation de la charge 2 du moteur électrique D, la vitesse de rotation n de son arbre diminue. À cet égard, l'amplitude de la tension générée par la génératrice tachymétrique diminue et, par conséquent, la tension de désadaptation du système augmente. En raison de cette dernière circonstance, la tension sur les enroulements d'excitation de l'EMU augmente, ce qui entraîne une augmentation de l'intensité du courant / traversant l'armature du moteur D.

Une augmentation du courant moteur entraîne une augmentation du couple L1vp - ki, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre moteur.

Étant donné que la valeur de la dérivée sera la plus grande au tout début du processus transitoire (lorsqu'elle est proche de 0), le contrôleur commencera à agir avant que la désadaptation nécessaire du paramètre contrôlé ne se produise. L'action du régulateur au début du processus transitoire sera forcée, car la déviation du paramètre et la dérivée ont les mêmes signes.
Au milieu du transitoire, lorsque l'écart de paramètre atteint sa plus grande valeur, la dérivée devient nulle, ce qui aide à réduire le dépassement de paramètre.

A la fin du processus transitoire, la dérivée acquiert à nouveau la plus grande valeur, mais avec le signe opposé. Cela permet de réduire la durée du processus transitoire, qui peut devenir apériodique.

Régulateurs automatiques à action indirecte, conçus pour réguler n'importe quel paramètre selon un programme prédéterminé, au lieu de réglage manuel sont équipés de pilotes logiciels (Fig. 12).

Dans le cas de l'utilisation d'éléments électriques sensibles et d'un dispositif amplificateur-convertisseur, un mécanisme d'horloge 1 peut être utilisé comme logiciel, qui met en rotation une came profilée 2 qui agit sur le potentiomètre 3 moteur de la tension de référence (Fig. 12.6) . La forme de la came profilée correspond au programme de régulation.

La régulation avec variation de la valeur de la grandeur commandée selon une loi prédéterminée est appelée régulation logicielle.

Avec la régulation logicielle, le régulateur automatique "cherche" à éliminer l'inadéquation entre la tension Ui en sortie de l'élément sensible et la tension alternative UQ de l'appareil maître. En «travaillant» sur la tension alternative U0 réglée à l'entrée, le système effectue une modification correspondante de la valeur contrôlée (par exemple, la température Ѳ) à la sortie.

Les régulateurs automatiques d'action indirecte peuvent être rendus universels, adaptés à la régulation de divers paramètres de processus. Par exemple, tout élément de détection (primaire) qui introduit l'impact et l'intensité requis peut être connecté au système de mesure de tels régulateurs. Divers régulateurs peuvent être connectés à la sortie de l'organe exécutif du régulateur conformément à. le type et l'intensité de l'action de sortie.

extraits du livre Automatisation des processus technologiques dans le travail du bois, N. V. MAKOVSKY (attention ! des erreurs de reconnaissance sont possibles)

De : LidiaZaiceva,  11545 vues

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Régulateur automatique Un appareil est appelé un appareil qui assure dans les systèmes de contrôle automatique (ACS) le maintien de la valeur technologique d'un objet, qui caractérise le déroulement d'un processus à proximité d'une valeur donnée en influençant l'objet.

La valeur de consigne peut être constante (dans les systèmes de stabilisation) ou changer selon un programme spécifique (dans les systèmes de contrôle de programme).

Le schéma bloc du régulateur peut être représenté comme une combinaison de deux éléments (Fig. 1) : l'élément de comparaison 1 et l'élément 2, qui forme l'algorithme de régulation (loi).

Le comparateur 1 reçoit deux signaux à Et à zd, proportionnel, respectivement, aux valeurs actuelles et définies de la variable contrôlée. Signal à est formé par le transducteur de mesure, et le signal à zd - maître ou dispositif de programmation.

Signal de non-concordance

(1)

entre dans l'élément 2, qui génère le signal de sortie du régulateur, dirigé vers l'actionneur.

Les régulateurs peuvent avoir des caractéristiques directes et inverses. Si avec une augmentation à relativement à valeur de sortie zd tu augmente, alors le régulateur a une caractéristique directe, et s'il diminue, alors il a une caractéristique inverse. Le passage des caractéristiques directes aux caractéristiques inverses et inversement dans les régulateurs s'effectue à l'aide d'un interrupteur spécial.

La rétroaction négative dans l'ACP en boucle fermée est formée en utilisant des régulateurs à caractéristique directe ou inverse.

droit de la réglementation est appelée la relation entre le changement de la valeur de sortie du contrôleur tu et l'inadéquation du courant à Et à valeurs sd de la variable contrôlée.

Selon les lois de régulation, les régulateurs analogiques sont divisés en proportionnel, proportionnel-intégral, proportionnel-différentiel et proportionnel-intégral-différentiel.

La loi de régulation du régulateur proportionnel a la forme

(2)

Où - coefficient de transmission (gain) du régulateur ; tu 0 est la valeur de sortie du contrôleur au moment initial.

Gain du régulateur est un paramètre de réglage du contrôleur. en changeant , vous pouvez modifier le degré d'influence du régulateur sur l'objet.

Le schéma fonctionnel du régulateur P représente une liaison avec un gain important (k\u003d 10000¸40000), couvert par une rétroaction négative par un lien amplificateur avec un coefficient k oc.

La fonction de transfert du contrôleur P illustrée à la fig. 2 est égal à

(3)

Il ressort de l'expression (3) que plus le coefficient est petit k oc (le degré d'influence de la rétroaction négative), plus la valeur de sortie du contrôleur change à un certain décalage.

Caractéristiques dynamiques du contrôleur P avec un changement progressif du signal d'entrée et diverses valeurs k p sont représentés sur la fig. 3.

Selon l'équation (2), le signal de sortie du contrôleur pour les dépendances 1 et 2 sera égal à :

(3)
Les avantages d'un régulateur proportionnel incluent son inertie (ou sa vitesse). Cela se traduit par le fait que sa valeur de sortie change simultanément avec la modification de la valeur d'entrée. Valeur optimale le paramètre de réglage du régulateur, comme pour les autres régulateurs, est déterminé par le régime transitoire ACP sélectionné, paramètres donnés la qualité de la régulation et est fixé en fonction des propriétés de l'objet de la régulation.

L'inconvénient du régulateur P est que lorsqu'il fonctionne en boucle fermée ASR, le contrôleur ne ramène pas la valeur contrôlée à la valeur de consigne, mais conduit à une nouvelle position d'équilibre avec une erreur de contrôle statique proportionnelle au coefficient de transmission à travers le canal "influence perturbatrice - valeur contrôlée" et inversement proportionnelle à k p. Augmenter k p lorsque vous travaillez sur des objets avec un retard conduit à un mode de fonctionnement ASR instable.

La valeur de sortie des régulateurs proportionnels-intégraux (régulateurs PI) change sous l'action de la somme de deux composantes : proportionnelle et intégrale.

La loi de régulation des régulateurs PI à réglages indépendants est décrite par l'égalité :

, (4)

Où k p est le coefficient de transfert du contrôleur ;

J et est le temps d'intégration.

Sur le plan physique J et est le temps pendant lequel le changement du signal de sortie du contrôleur sous l'action de la composante intégrale atteint un changement progressif de sa valeur d'entrée.

Le régulateur PI a deux options de réglage − k p et J Et.

La caractéristique dynamique du régulateur PI (Fig. 4) est la somme des composantes proportionnelle et intégrale.

On peut voir sur la figure qu'avec l'augmentation J u le degré d'influence de la composante intégrale diminue.

Un schéma fonctionnel d'un régulateur PI avec des réglages indépendants est illustré à la fig. 5.

La fonction de transfert de ce contrôleur est décrite par l'équation (5)

Les régulateurs à paramètres de réglage dépendants (régulateurs isodromiques) sont également largement utilisés dans l'industrie, dont l'équation dynamique a la forme:

, (6)

Où k p est le coefficient de transfert du régulateur ;

J de – temps isodrome du contrôleur.

Sur le plan physique J de est le temps pendant lequel, avec un changement progressif de la valeur d'entrée, la valeur de sortie du régulateur sous l'action de la composante intégrale change de la même quantité que sous l'action de la composante proportionnelle.

Les caractéristiques dynamiques du contrôleur isodromique sont représentées sur la Fig.6.

Réponse(22()

Les régulateurs automatiques actuellement utilisés dans l'industrie peuvent être classés selon un certain nombre de caractéristiques les plus caractéristiques :

1. Par objet (type de valeur réglementée) :

Régulateurs d'une valeur réglable (température, pression, composition);

régulateurs universels, )Fin.

2. Selon le mode d'action (c'est-à-dire la nature de l'impact sur l'organisme de réglementation) :

Régulateurs à action directe qui ne nécessitent pas de source d'alimentation externe ;

Régulateurs à action indirecte, dans lesquels le mouvement de l'organisme de régulation est effectué grâce à l'énergie fournie de l'extérieur.

3. Par type de réglementation :

Régulateurs stabilisateurs qui maintiennent une valeur constante des grandeurs physiques dans le temps ;

Contrôleurs logiciels qui modifient la valeur des valeurs contrôlées en fonction d'un programme donné ;

Régulateurs de suivi qui maintiennent la valeur des valeurs contrôlées en fonction de la modification de toute autre valeur ;

Régulateurs auto-ajustables qui maintiennent la valeur optimale des valeurs régulées.

4. Au moment de l'action :

Régulateurs continus, dans lesquels, avec un changement continu de la variable contrôlée, l'organe de régulation se déplace en continu ;

Régulateurs à action intermittente (discrète), dans lesquels, avec un changement continu de la variable contrôlée, l'organe de régulation ne se déplace périodiquement que si la variable contrôlée atteint certaines valeurs ou après un certain laps de temps.

5. Par type d'énergie utilisée :

régulateurs électriques;

régulateurs hydrauliques;

Régulateurs pneumatiques :

Régulateurs combinés (électro-pneumatique et électro-hydraulique).

6. Selon le droit de la réglementation (la nature de l'impact réglementaire) :

Positionnel (Loi Pos);

Proportionnel ou statique (loi P);

Intégrale ou astatique (loi I);

Proportionnel-intégral ou isodromique (loi PI);

Proportionnel avec avance ou différentiel proportionnel (loi PD);

Isodromique avec avance ou proportionnelle-intégrale-dérivée (loi PID).

3.1.1. Classement des régulateurs par finalité (type de valeur régulée).

Les AR sont subdivisés en régulateurs de température, de pression, de niveau, de vitesse, de débit, etc.

3.1.2. Classification des régulateurs selon le principe de fonctionnement

Selon le principe de fonctionnement (par la nature de l'impact sur l'organisme de réglementation), les régulateurs automatiques sont divisés en régulateurs d'action directe et indirecte (indirecte).

Réponse23(

Régulateurs à action directe . Il s'agit de régulateurs dans lesquels l'organe régulateur se déplace uniquement grâce à l'énergie prélevée par l'appareil de mesure sur l'objet régulé.

Explication. Ces contrôleurs sont utilisés pour réguler des paramètres individuels. Ils sont utilisés dans les cas où, selon les conditions de fonctionnement, une grande précision de contrôle n'est pas nécessaire, et pour actionner l'organisme de régulation, aucun effort important n'est nécessaire et l'élément sensible dispose de la puissance nécessaire pour cela.

Les régulateurs à action directe sont bon marché, de conception simple, d'un fonctionnement fiable et ne nécessitent pas de personnel d'entretien hautement qualifié. Leur champ d'application est limité aux objets de régulation les plus simples présentant des caractéristiques dynamiques favorables.

Exemple. Régulateur de température à action directe.

Illustration 3.1. Régulateur à action directe

a) conception du régulateur, b) schéma fonctionnel;

Le régulateur automatique de température (AR) (dont le schéma de conception est illustré à la Fig. 3.1, a, et son schéma fonctionnel à la Fig. 3.1, b,) percevant les modifications de la variable contrôlée à t (valeur de température actuelle) génère un signal de non-concordance
gérer l'organisme de régulation RO afin de modifier l'impact de la régulation x p sur l'objet de la régulation.

Explication. Le but des éléments du régulateur et le principe de son fonctionnement sont les suivants.

L'appareil de mesure (ampoule thermique avec liquide à faible point d'ébullition) perçoit un changement dans la variable contrôlée à J(température) et la convertit en un paramètre y’ J(pression dans le système de jauge), pratique pour influencer d'autres éléments. Avec la hausse de la température à t une partie du liquide contenu dans le bulbe bout et la pression y’ J sur le bas du soufflet augmente, c'est-à-dire température à J converti en pression y’ J .

Le pilote de mémoire définit le paramètre à cul, correspondant au déroulement requis du processus technologique. Installation à cul produit manuellement par l'opérateur P. Dans la conception du régulateur, le rôle de la mémoire est assuré par un ressort comprimé dont la tension est réalisée par une bobine de la tâche.

L'élément de comparaison EC (parfois appelé additionneur) génère un signal d'erreur
. Structurellement, l'élément de comparaison est réalisé sous la forme d'un levier qui perçoit la différence des forces de pression tu ' J Et y cul générées respectivement par le soufflet et le ressort.

L'une des principales caractéristiques des régulateurs à action directe est qu'ils ne peuvent pas fournir une valeur constante de la valeur régulée dans tous les modes de fonctionnement en régime permanent des objets.

Exemple. La chaudière à vapeur (voir Fig. 1.5) fonctionne en régime permanent avec un soutirage minimum de vapeur G p  min. Cela signifie que l'alimentation en eau de la chaudière doit être minimale, c'est-à-dire la vanne d'alimentation KP est fermée autant que possible. Le flotteur, et donc le niveau H de l'eau, devrait occuper une valeur accrue. Au contraire, en régime permanent avec le maximum d'extraction de vapeur G  max, la vanne KP doit être ouverte au maximum, ce qui est possible avec une position basse du flotteur et du niveau. Ainsi, ce régulateur a une caractéristique statique décroissante, c'est-à-dire il fonctionne avec une non-uniformité de régulation positive (caractéristique du type 1, fig. 2.10).

Explication. Évidemment, si selon les conditions de fonctionnement des objets, il est nécessaire que les valeurs régulées soient strictement constantes à toutes les charges, de tels régulateurs ne peuvent pas être utilisés. Structurellement, pour de tels régulateurs, il est possible de réduire l'ampleur de l'inégalité de régulation, mais il est impossible de la rendre égale à zéro. Si, en outre, l'objet automatisé n'a pas la propriété d'auto-nivellement, une réduction excessive entraînera un fonctionnement instable du régulateur.

( Régulateurs à action indirecte .

La conception du régulateur à action indirecte et son schéma fonctionnel sont illustrés à la fig. 3.2. Si la force du signal ∆у n'est pas suffisant pour influencer l'organisme de réglementation (RO), alors des régulateurs indirects sont utilisés. Pour déplacer le RO, l'actionneur OD est utilisé, qui connecte une source d'énergie électrique externe E au contrôleur.

En tant que GI, un relais électromagnétique (démarreur magnétique) est utilisé, ce qui affecte le mouvement de l'organisme de réglementation RO.

Illustration 3.2. . Régulateur indirect

a) conception du régulateur, b) schéma fonctionnel ; ; ) Fin.

RÉGULATEURS AUTOMATIQUES

La gestion, accompagnée d'une surveillance continue, est appelée régulation, et le paramètre qui doit être contrôlé, c'est-à-dire régulé, est appelé une valeur ajustable.

La régulation, dans laquelle le contrôle est effectué par divers dispositifs sans intervention humaine, est appelée régulation automatique, et un ensemble de dispositifs constitué d'un élément de mesure (convertisseur primaire), d'un actionneur et d'un organe de régulation, est appelé régulateur de voiture.

Le système de contrôle automatique (Fig. 1) sera un ensemble d'éléments individuels qui agissent les uns sur les autres. Dans le dispositif de comparaison, la valeur courante de la grandeur commandée X, qui est reçue via la rétroaction principale, est comparée à sa consigne X 0 .

Riz. 1 Schéma du système de contrôle automatique

CLASSIFICATION DES RÉGULATEURS AUTOMATIQUES

Les régulateurs sont répartis selon les critères suivants.

1.. Par voie d'action : régulateurs à action directe et indirecte (indirecte). Régulateurs action directe le corps régulateur se déplace grâce à l'énergie de l'objet lui-même agissant sur l'élément sensible. Régulateurs action indirecte l'organe régulateur est mû par une source d'énergie supplémentaire (électricité, air comprimé, fluide sous pression).

2. Par type d'action : régulateur à action intermittente (discrète) et continue.

Dans les régulateurs action continue un changement continu du paramètre contrôlé correspond à un mouvement continu de l'organisme de réglementation, il existe une relation fonctionnelle continue entre les valeurs d'entrée et de sortie.

Dans les régulateurs action intermittente il n'y a pas de connexion fonctionnelle continue. Les systèmes intermittents peuvent être divisés en deux groupes principaux : relais et impulsion.

système de relais le contrôle automatique est un tel système qui, dans sa composition parmi les éléments principaux, comporte au moins un élément relais. Un élément de relais est un élément du système dans lequel un changement continu de la valeur d'entrée correspond à un changement brusque

valeur de sortie, qui n'apparaît qu'à des valeurs bien définies de la valeur d'entrée (relais électromagnétique).

Système d'impulsion le contrôle automatique est un tel système, qui dans sa composition a au moins un élément d'impulsion. L'élément d'impulsion convertit une action d'entrée continue en une série d'impulsions à court terme qui apparaissent à intervalles réguliers.

3. Par type d'énergie : électrique pneumatique, hydraulique, électrohydraulique et électropneumatique.

Selon la loi de régulation:

a) régulateurs proportionnels ou régulateurs P (statiques);

b) régulateurs intégrés ou I-régulateurs (automatiques);

c) proportionnellement - régulateurs intégraux ou régulateurs PI (isodromiques);

d) régulateurs différentiels proportionnels, ou régulateurs PD (régulateurs proportionnels avec avance) ;

e) régulateurs proportionnels - différentiels intégraux, ou
Régulateurs PID (régulateurs isodromiques avec avance);

Sur rendez-vous: régulateurs de température, de pression, de débit, etc.

Selon la fonction exercée : régulateurs de rapport, logiciel, auto-réglable, stabilisateur.

8. Régulateur de température à action directe. Le régulateur, dans lequel le corps régulateur se déplace en raison des énergies de l'objet lui-même, qui agit sur l'élément sensible, est appelé régulateur à action directe. Les systèmes de contrôle utilisant des régulateurs à action directe sont appelés systèmes de contrôle direct.

Considérons le fonctionnement d'un régulateur de température à action directe de type RPD (Fig. 1. Ce régulateur se compose d'un système thermométrique et d'une vanne.

Le système thermométrique du régulateur est un thermomètre manométrique à vapeur, qui comprend un thermocylindre 1, capillaire 2 et soufflet 3. Le système thermométrique est partiellement rempli d'un liquide à bas point d'ébullition, dont le point d'ébullition est inférieur à la limite inférieure de la température contrôlée.

Lorsqu'un thermocylindre est immergé dans le milieu mesuré, la pression de vapeur du fluide de travail est réglée dans le système thermométrique, dont la valeur correspond à la température du milieu mesuré. La pression apparaissant dans le bulbe est transmise par la vapeur du fluide de travail à travers le capillaire au soufflet. Le soufflet développe une force proportionnelle à sa surface effective ; cette force est équilibrée par la force du ressort 4. Si la température du milieu régulé est supérieure à la valeur de consigne, alors la force développée par le soufflet 5 est supérieure à la force du ressort 4, à la suite de quoi le soufflet est comprimé et à l'aide de la tige 5 déplace la bobine 6 soupape de commande vers le bas. Dans ce cas, la section d'écoulement de la vanne et la quantité de substance chauffante traversant la vanne sont réduites; en conséquence, la température du fluide diminue et atteint la valeur de consigne. Lorsque la température du fluide contrôlé diminue, le soufflet se dilate et la vanne s'ouvre légèrement, augmentant l'apport d'agent chauffant, à la suite de quoi la température augmente jusqu'à la valeur définie.

Des régulateurs qui agissent sur l'organe de régulation par l'intermédiaire d'un dispositif amplificateur et d'un actionneur alimenté par source externe l'énergie sont appelés régulateurs indirects.

Dans un régulateur à action indirecte, lorsque la variable contrôlée est modifiée, la force ou l'énergie générée dans l'élément de détection actionne un dispositif auxiliaire qui déplace le régulateur en raison de l'énergie d'une source externe ( courant électrique, fluides sous pression, air comprimé).

Les systèmes de contrôle utilisant des régulateurs à action indirecte sont appelés "systèmes de contrôle indirect".

Sur la fig. La figure 1 montre un schéma de contrôle indirect du niveau de liquide dans une cuve. L'appareil de mesure (flotteur 1) est relié à un contact électrique mobile au moyen de leviers.2. Le contact mobile peut être fermé avec l'un des contacts fixes : B (plus) et M (moins). Selon lequel de ces contacts le contact mobile se ferme, le moteur électrique 3 tourne dans un sens ou dans l'autre. Grâce à l'engrenage à vis sans fin et au système de leviers, le moteur électrique ouvre ou ferme l'organe de régulation - vanne 4, installé sur la conduite d'alimentation en liquide Q 1 du réservoir.

Si le débit de fluide Q2 du réservoir augmentera, puis le niveau d'eau dans celui-ci diminuera et le flotteur 1 va descendre. Dans ce cas, le contact mobile 2 touche le contact fixe supérieur B, le circuit électrique se fermera, le moteur s'allumera et tournera dans le sens de l'ouverture de la vanne de régulation 4, augmentant ainsi le débit d'eau dans le réservoir. Le fonctionnement du régulateur continuera jusqu'à ce que le niveau de liquide spécifié dans le réservoir soit rétabli. je contact mobile 2 ne rentre pas entre les contacts fixes B et M, à la suite de quoi le circuit du moteur sera déconnecté.

Dans le régulateur à action indirecte décrit, le mouvement de l'organe de régulation - la vanne - est effectué par un actionneur électrique qui utilise l'énergie d'une source externe.

Les régulateurs à action indirecte sont très sensibles, développent une force élevée et permettent télécommande organisme de réglementation.

Informations similaires.

Loi	Équation différentielle	Fonction de transmission	caractéristique de transfert	AFCH	Paramètres
P
ET
DP					,
PI					,
PID					, ,

Régulateur proportionnel (P). Il déplace RO par valeur X proportionnel à l'écart de contrôle à ou valeur donnée.

L'équation différentielle du contrôleur ( p signifie une notation sous forme d'opérateur)

Ainsi, dans un sens dynamique, le régulateur P est similaire à une liaison sans inertie (proportionnelle).

Le paramètre de réglage du régulateur P est le facteur de proportionnalité égal au déplacement du RO X en cas d'écart contrôlé à par unité de changement.

Lors du choix d'un schéma de principe de tout régulateur réel, y compris proportionnel, la fonction de transfert (TF) de l'actionneur est d'une importance décisive, qui peut correspondre à la TF d'une liaison intégratrice ou proportionnelle. Le premier groupe comprend des MI électromoteurs qui fournissent une vitesse constante de mouvement RO, le deuxième groupe comprend des MI à membrane pneumatique, dans lesquels le mouvement RO est proportionnel à l'action de commande.

Le schéma structurel du contrôleur P avec MI du premier type est illustré à la figure 4.2, UN. La loi de commande est formée à l'aide d'une rétroaction négative (OS) en fonction de la position du RO, c'est-à-dire qu'un signal est reçu à l'entrée du dispositif OS X du capteur de déplacement IM.

Conformément aux règles de transformation des schémas blocs, le PF du contrôleur a la forme

Avec un gain élevé PF est simplifié

(4.1)

Pour que la formule (4.1) soit identique au PF d'un contrôleur P idéal, il faut satisfaire la condition .

Ainsi, l'OS doit être réalisé sous la forme d'une liaison sans inertie avec un gain . Ce système d'exploitation s'appelle difficile. En conséquence, le paramètre de réglage du régulateur P - le facteur de proportionnalité est défini par les paramètres de la liaison OS.

La réponse transitoire d'un régulateur P réel est quelque peu différente de la réponse idéale dans sa partie initiale en raison de la vitesse limitée de l'IM.

Riz. 4.2. Schémas structurels du régulateur P (UN) et I-régulateur (b):

1 - amplificateur; 2 - mécanisme d'actionnement ; 3 - circuit de rétroaction

Les contrôleurs proportionnels permettent un fonctionnement stable dans presque tous les systèmes technologiques. Cependant, leur inconvénient est la dépendance de la valeur contrôlée à la charge des objets.

Régulateur intégré (I). Il déplacera le RO proportionnellement à l'intégrale du signal d'erreur,

Ainsi, dans un sens dynamique, le contrôleur I est similaire à un lien intégrateur. Le paramètre de réglage du contrôleur I - le coefficient de proportionnalité - caractérise la dépendance de la vitesse de déplacement de l'organisme de régulation à la valeur de l'écart du paramètre contrôlé.

Le schéma fonctionnel d'un contrôleur P série est illustré à la figure 4.2, b. Les fonctions de transfert des éléments du circuit sont déterminées par les expressions suivantes

(4.2)

(4.3)

Fonction de transfert de l'ensemble du circuit

Après avoir substitué dans la formule (4.3) les valeurs du PF de la formule (4.2). en divisant le numérateur et le dénominateur par et en supprimant la petitesse, nous obtenons le PF du contrôleur I ( - Constante de temps MI, réciproque )

Les contrôleurs I maintiennent le paramètre sans ses écarts, cependant, ils ne peuvent fonctionner de manière stable que sur des objets présentant un auto-nivellement important.

Régulateur différentiel proportionnel (PL). Il déplace le RO d'une valeur proportionnelle à la somme de l'écart et de la vitesse (différentiel) de l'écart de la variable contrôlée.

Équation du contrôleur (sous forme d'opérateur)

Ainsi, d'un point de vue dynamique, un régulateur de DP s'apparente à un système de deux liaisons connectées en parallèle : sans inertie avec un coefficient de proportionnalité et différentiel avec coefficient .

Régulateur proportionnel-intégral (PI). Il déplace le RO d'une quantité proportionnelle à la somme de l'écart et de l'intégrale de l'écart de la variable contrôlée y.

Équation du contrôleur (sous forme d'opérateur)

Ainsi, dans un sens dynamique, le contrôleur PI est similaire à un système de deux contrôleurs connectés en parallèle : proportionnel avec un facteur de proportionnalité et intégrale avec facteur de proportionnalité Il s'ensuit que le régulateur PI a deux réglages : facteur de proportionnalité et le temps de doublement. Dans ce cas, comme il ressort du tableau 2, peut être défini comme le temps pendant lequel le signal de sortie du régulateur changements de avant c'est-à-dire des doubles.

Le schéma fonctionnel du régulateur PI est illustré à la Figure 4.3 en deux versions : avec et sans couverture IM de la rétroaction négative.

Dans la première option (Fig. 4.3, UN) le dispositif OS doit avoir la caractéristique d'un véritable lien différenciateur

,

où et sont le gain et la constante de temps du lien différentiant.

Ensuite, comme indiqué précédemment, avec un gain suffisamment important Régulateur FP

, ou ,

s'il est accepté et .

Ainsi, dans la première version du contrôleur, le PF de l'actionneur n'affecte pas la formation de la loi de commande, qui est entièrement déterminée par la caractéristique du dispositif OS. Dans les contrôleurs PI série de ce type, divers dispositifs électriques, pneumatiques ou hydrauliques sont utilisés comme système d'exploitation - analogues d'un véritable lien de différenciation. Ce système d'exploitation s'appelle élastique ou flexible.

Dans la deuxième version du régulateur PI (Fig. 4.3, b)

Riz. 4.3. Schémas structurels du régulateur PI avec couverture (UN) et sans couverture (o) IM par un circuit de contre-réaction :

1 - amplificateur ; 2 - mécanisme d'actionnement ; 3 - Retour

Il existe deux cas où l'actionneur a la caractéristique d'une liaison intégratrice ou proportionnelle.

Dans les deux cas, pour un gain suffisamment important, on a

.

Si, , et l'OS est réalisé sous la forme d'un lien apériodique du 1er ordre , on obtient alors le PF du régulateur PI

où les paramètres et sont également déterminés par les paramètres de l'hôte du système d'exploitation.

Si le MI a la caractéristique d'un lien proportionnel, alors pour la mise en oeuvre de la loi de commande par le régulateur PI, le lien OS doit avoir la caractéristique d'un vrai lien différenciateur.

Avec une augmentation de la constante de temps, un tel contrôleur PI se transforme en un contrôleur P et le dispositif OS en une liaison sans inertie.

Dans la majorité des contrôleurs électriques produits en série qui utilisent MI avec une vitesse de déplacement constante et ont un schéma fonctionnel (Fig. 4.3, b), un élément de relais à trois positions est utilisé comme deuxième étage d'amplification.

Ce principe est mis en œuvre dans un grand nombre de détendeurs utilisés en production agricole (R-25, RS-29, RP-4, etc.).

Les régulateurs PI, caractérisés par leur simplicité de conception, offrent haute qualité stabilisation du paramètre quelle que soit la charge de l'objet.

Régulateur proportionnel-intégral-dérivé (PID). Il déplace le RO proportionnellement à la déviation, à l'intégrale et à la vitesse de déviation de la variable contrôlée.

Équation du contrôleur (sous forme d'opérateur)

.

Ainsi, dans un sens dynamique, le régulateur PID s'apparente à un système de trois liens connectés en parallèle : proportionnel - avec un coefficient de proportionnalité intégral - c et différentiant - .

En conséquence, le contrôleur PID a trois paramètres : facteur de proportionnalité , Temps d'intégration , et temps de différenciation .

En pratique, le régulateur PID analogique est réalisé selon le même diagramme, qui est le même que le régulateur PI (Fig. 4.3, UN), mais le dispositif OS dans ce cas devrait avoir un PF sous la forme d'un lien apériodique du second ordre. Habituellement, la loi de commande PID est mise en oeuvre en enclenchant un dispositif correctif séquentiel sous la forme d'une liaison à différenciation intégrale.

Régulateur de position (relais). Il génère un signal qui déplace le RO vers l'une des positions fixes (positions). Il peut y avoir deux, trois ou plus de ces positions, respectivement, on distingue les régulateurs à deux, trois et multipositions.