Serwis urządzeń kontrolno-pomiarowych

Własności regulacyjne

Marzec 9th, 2011

Charakterystyki statyczne. Przez dowolny element obwodu automatycznej regulacji przebiega sygnał regulacyjny, „wchodząc” do niego i „wychodząc”. Sygnałem lub wielkością wejściową, np. dla elementu wykonawczego z rys. 3 (zaworu), jest przesunięcie grzybka zaworu.  Dla rozważań nad zjawiskami zachodzącymi w procesie regulacji posłużyć się można symbolem elementu jak na rys. 6. Na rysunku tym, przedstawiającym w postaci bloczka dowolny element układu automatyki, Xx oznacza wielkość wejściową, a X2 wyjściową. Przebieg procesu regulacji — stabilność i dobroć — są określone, jeżeli znane są własności statyczne i dynamiczne wszystkich elementów wchodzących w skład obwodu automatycznej regulacji. Własności statyczne opisać można równaniem matematycznym albo charakterystyką statyczną, która jest graficznym obrazem zależności X2 = f(X1) pomiędzy ustaloną wartością wielkości wejściowej Xt i ustaloną wartością wielkości wyjściowej X2. W oparciu o przykład na rys. 3 zestawiono w tabeli 2 wszystkie elementy tego układu regulacji poziomu.

Charakterystyka przedstawiona w rubryce 2 jest linią prostą, nachyloną pod kątem 45°, ponieważ zmiany poziomu są wprost równe przesunięciom zderzaka. Charakterystyka urządzenia stykowego, przedstawiona w rubryce 3, ma punkty nieciągłości dla tych położeń zderzaka, w których nagle następuje zwarcie dolnych lub górnych styków. Jest to więc charakterystyka nieciągła. Charakterystyki w rubryce 4 nie wykreślono, ponieważ przesunięcie zaworu jest zależne przede wszystkim od czasu pracy silnika. Od napięcia UM zależy ewentualnie prędkość poruszania się silnika, a nie położenie zaworu. O takich elementach mówi się, że są one astatyczne lub całkujące i nie wykreśla się dla nich charakterystyk statycznych. Podobnie człony różniczkujące nie mają charakterystyk statycznych, ponieważ każdej ustalonej wartości sygnału wejściowego odpowiada brak sygnału na wyjściu. Przykładem elementu różniczkującego mogłaby być prędkość zmiany poziomu w zbiorniku z rys. 3 w funkcji zmiany ilości dopływającej cieczy, gdyż każdej ilości dopływającej cieczy odpowiadać będzie po odpowiednio długim czasie nowa, stała wartość poziomu, czyli prędkość zmiany poziomu równa zeru.

Charakterystyka pokazana w rubryce 5 określa, jak zmienia się przepływ w zależności od otwarcia zaworu. Przebieg tej charakterystyki jest zależny od profilu grzybka zaworu regulacyjnego, który normalnie tak się dobiera, aby charakterystyka była w jak najszerszym zakresie liniowa. Przy otwarciu zaworu zbliżającym się do maksymalnego, coraz większy wpływ ma opór rurociągu doprowadzającego ciecz, w związku z czym charakterystyka ulega stopniowemu spłaszczeniu.  Charakterystyka dynamiczna. Własności dynamiczne elementów układu automatyki dotyczą czasowych przebiegów sygnałów. Własności dynamiczne można określić równaniem matematycznym lub wykresem — czyli charakterystyką. Istnieje wiele sposobów przedstawienia własności dynamicznych. Najprostszym sposobem jest przedstawienie wykresu przebiegu czasowego wielkości  wyjściowej rozpatrywanego elementu, gdy wielkość wejściowa zmieniła się w chwili t = t0 skokiem o pewną wartość. Tak określona charakterystyka dynamiczna nosi nazwę skokowej.

X2—f(t) gdy Xi w chwili t — O znacznie wzrosło. Np. dla termometru charakterystyką statyczną będzie jego krzywa skalowania, a charakterystyką dynamiczną przebieg czasowy wskazania termometru, wykreślony od momentu, w którym termometr umieszczono w innej temperaturze (wielkością wejściową będzie temperatura otaczającego środowiska). Na rys. 7 przedstawiona jest charakterystyka dynamiczna termometru szklanego przemysłowego. Krzywa a — odnosi się do termometru zanurzonego w cieczy, b — w powietrzu, c — gdy termometr osłonięty jest dodatkową osłoną metalową. Opóźnienia pomiędzy ustaloną wartością wskazania a zmianą temperatury ośrodka wywołane są pojemnością cieplną materiału, z którego wykonany jest termometr i czasem potrzebnym na przejście ciepła przez materiał bańki lub bańki i osłony termometru. Jak widać, własności dynamiczne zależą od wielu czynników, które są wynikiem zasady działania rozwiązania konstrukcyjnego i sposobu zastosowania elementu.

Najniekorzystniejszy dla celów regulacyjnych jest czas martwy tym w obwodzie, który określa jak długo należy odczekać od momentu powstania sygnału na wejściu elementu, do chwili gdy na wyjściu pojawi się najmniejszy choćby sygnał. Właściwość taką (czas martwy) ma termometr z osłoną i łatwo można zrozumieć trudności w opanowaniu procesu regulacji, stawiając się w położenie człowieka nie przygotowanego, któremu powierzono zadanie regulacji temperatury za pomocą takiego termometru. Jeśli zauważy on np. obniżenie się temperatury, to zrazu nastawi pewną większą ilość ciepła doprowadzanego do obiektu, która być może wystarczyłaby do wyrównania odchyłki temperatury. Lecz obserwując przez pewien czas brak wzrostu temperatury, nastawi większą ilość doprowadzanego ciepła; po pewnym czasie wywoła to stosunkowo gwałtowny wzrost temperatury i regulujący człowiek zacznie gwałtownie zmniejszać ilość ciepła, co z kolei spowoduje po chwili znaczne obniżenie się tempera-tury itd. W ten sposób otrzymuje się niestabilną regulację. Ustabilizowanie nastąpiłoby przy b. powolnym stopniowym oddziaływaniu na proces, lecz wówczas nie uda się skutecznie wyrównać powstających nagle dużych odchyłek regulacji, wywołanych zaburzeniami.

W zasadzie urządzenia automatyki, ich charakterystyki statyczne i dynamiczne oraz rozwiązania konstrukcyjne dobiera się do obiektu, a nie odwrotnie i właściwym doborem tych urządzeń zajmują się specjaliści automatycy. Jednak trzeba sobie zdawać sprawę, że obiekty czy procesy technologiczne w różnym stopniu nadają się do zautomatyzowania. Ogólne wymagania, jakie stawiane są obiektom, są następujące:

a)            Parametry przewidziane do regulacji muszą być mierzalne, a sposób oddziaływania na proces musi się nadawać do pełnego zmechanizowania.

b)           Charakterystyki statyczne powinny być jednoznaczne i w miarę możliwości prostoliniowe.

c)            Charakterystyki dynamiczne nie powinny zawierać wielu opóźnień, a w szczególności czasu martwego.

d)           Procesy powinny mieć w miarę możliwości charakter ciągły, a poszczególne parametry regulowane nie powinny nawzajem na siebie oddziaływać.

Spełnienie tych warunków umożliwia i znacznie upraszcza automatyzację danego obiektu.

Tags: ,

Comments are closed.