ТЕРМОКОНТРОЛЛЕРА LOVE

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Изучение режимов регулирования термоконтроллера LOVE, методов их настройки и практическое освоение навыков настройки регуляторов.

1. ПриНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛЯТОРОВ

ТЕРМОКОНТРОЛЛЕРА LOVE

Все регуляторы термоконтроллера являются программируемыми, перестраиваемыми и осуществляют регулирование по отклонению действительной температуры θ от температуры уставки θ_уст.

Основными компонентами настройки регуляторов являются:

- выбор способа задания сигнала уставки θ_уст;

- выбор вида выходного сигнала и способа формирования его;

- выбор типа регулятора и оценка выходных сигналов термоконтроллера.

1.1. Выбор способа задания сигнала уставки θ_уст

Вид сигнала уставки θ_уст определяется переменной Prog вторичного меню и формируется согласно рис.3.1а. При скачкообразном изменении сигнала задания температуры θ_зад и если установлено Prog=OFF, то сигнал уставки θ_уст, относительно которого осуществляется прибором регулирование по отклонению, также изменяется скачком и тождественно θ_уст=θ_зад. Если установлено Prog=On, то сигнал уставки θ_уст с момента включения прибора изменяется по линейному закону от начального значения температуры θ_нач, отображаемой на верхнем дисплее, до значения температуры задания θ_зад (рис.3.1б), причем может быть как θ_нач<θ_зад, так и θ_нач>θ_зад. После достижения установившегося значения уставки θ_уст, равному заданному θ_зад, можно произвольно изменять значение θ_зад, которое высвечивается на нижнем дисплее, однако период разгона больше не повторится, и для прибора сигнал уставки будет таким же, как и сигнал задания.

1.2. Выбор вида выходного сигнала и способа формирования его

Выбор вида выходного сигнала связан с выбором типа регулятора. Здесь акцентируется внимание на том, как из выходного сигнала, принимающего всего два значения – логического нуля 0 и логической единицы 1 – формируются сигналы, характеризующие как позиционное, так и аналоговое регулирование. С данного типа термоконтроллера выходными сигналами могут быть релейный и логический (см. рис.2.1), что настраивается путем соответствующей установки планки (см. рис.2.3). Примем, что выходной сигнал равен логическому 0, когда либо контакты реле регулятора разомкнуты (на стенде – красная сигнальная лампа погашена) при настройке на релейный вывод, либо напряжение выходного сигнала равно 0 V при настройке на логический вывод. Соответственно, выходной сигнал равен логической 1, когда либо контакты реле регулятора замкнуты (на стенде – красная сигнальная лампа горит) при настройке на релейный вывод, либо напряжение выходного сигнала равно +5 V при настройке на логический вывод.

Зависимость выходного сигнала от температуры θ для двухпозиционного гистерезисного регулирования имеет вид, приведенный на рис.3.2. Сигнал активен при настройке S1Ot=OnOF служебного меню. Варианты расположения графиков относительно температуры уставки θ_уст зависят от настроек dir и rE пункта S1St служебного меню.

Графики выходных сигналов для аналогового регулирования формируются путем их модуляции единичными импульсами по законам либо ШИМ (широтно-импульсная модуляция, при которой изменяется длительность τ импульса), либо ЧИМ (частотно-импульсная модуляция, при которой изменяется частота f следования импульсов обратно пропорционально периоду Т), что показано на рис.3.3. Контрольная лампа на панели стенда, запитанная через контакт реле регулятора, и индикатор выхода SP1 на панели дисплея мигают с периодом Т, а длительность горения контрольной лампы равна времени τ. Если приемник импульсных сигналов (объект регулирования) обладает свойством низкочастотного фильтра, то он последовательность единичных импульсов воспринимает как медленно изменяющийся аналоговый (непрерывный) сигнал U_cp. Технологические объекты автоматизации имеют или механическую, или тепловую инерцию и, поэтому, обладают свойством низкочастотного фильтра. В связи с изложенным, далее выходные сигналы терморегулятора будем изображать в виде непрерывных линий, а не импульсов.

Статические характеристики аналогового регулирования по пропорциональному закону при настройке S1St=dir имеют вид, приведенный на рис.3.4. При настройке S1St=rЕ характеристики нужно зеркально отразить аналогично тому, как это сделано на рис.3.2. Регулирование по характеристике, приведенной на рис.3.4а, одностороннее, так как выходной сигнал U_cp изменяется от 0 до 1 при θ>θ_уст. С такой характеристикой можно регулировать по ПИД-закону. Регулирование по характеристике, приведенной на рис.3.4б, двухстороннее, так как выходной сигнал U_cp изменяется от 0 до 1 в интервале θ, внутри которого находится значение уставки θ_уст. С такой характеристикой в данном термоконтроллере можно регулировать только по ПД-закону.

1.3. Выбор типа регулятора и оценка выходных сигналов термоконтроллера

Термоконтроллер можно настроить выполнение регулирования по одному из трех законов: двухпозиционному гистерезисному, несмещенному импульсному с ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальным) регулированием и смещенному импульсному с ПД (пропорционально-дифференциальным) регулированием.

Выбор типа регулятора и значений параметров его настройки для управления конкретным объектом определяется соответствующим расчетом, выполненным методами ТАУ. При выбору двухпозиционного регулирования характер сигналов термоконтроллера будет таким, как показан на рис.3.2 при постоянной уставке или уставке, изменяющейся согласно рис.3.1б.

Пусть выбран ПИД-регулятор. На рис.3.5 показаны сплошными линиями графики входного θ_вх=θ-θ_уст и выходного сигналов регулятора U_cp для различных вариантов использования ПИД-регулятора. Значения U_cp ограничены величинами 0 и 1. Пунктирными линиями показаны графики внутренних сигналов регулятора, на которые указанные ограничения не распространяются. Существуют модификации термоконтроллера LOVE, в которых указанные внутренние сигналы регулятора выводятся как на объекты управления, так и в управляющие устройства высшего уровня, реализованного на основе управляющего компьютера.

При использовании только П-регулятора выходной сигнал U_cp изменяется пропорционально входному θ_вх, если не достигнута зона ограничения (рис.3.5б).

При использовании только И-регулятора выходной сигнал U_cp изменяется с постоянной скоростью пока θ_вх≠0, и не изменяется, когда θ_вх=0 (рис.3.5в). При использовании ПИ-регулятора на выходе сразу появляется постоянная составляющая сигнала U_cp от пропорциональной части регулятора (рис.3.5г). Затем за счет применения И-части начинается неуклонное изменение сигнала U_cp вплоть до насыщения либо снизу (0), либо сверху (1), и в этом случае на объект управления поступает максимальный по силе действия сигнал – 0 или 1. Максимальные сигналы обеспечивают максимально быстрое и неуклонное изменение регулируемой температуры θ к значению уставки θ_уст. В конце концов, будет достигнуто строгое равенство сигналов θ и θ_уст и переходный процесс регулирования завершится, так как на входе И-части сигнал θ_вх=θ-θ_уст будет нулевым. В сравнении с просто П-регулятором добавление И-части обеспечивает абсолютно точное регулирование.. Однако повышается колебательность переходного процесса, возможна даже потеря устойчивости.

При использовании только Д-регулятора максимум изменения выходного сигнала U_cp достигается в момент скачка сигнала θ_вх, а затем при постоянстве θ_вх сигнал U_cp экспоненциально стремится к нулю (рис.3.5д).

При использовании ПД-регулятора максимум изменения выходного сигнала U_cp достигается за счет дифференциальной части регулятора в момент скачка сигнала θ_вх, но к нему добавляется также постоянная составляющая от пропорциональной части регулятора. Затем при постоянстве θ_вх сигнал U_cp экспоненциально стремится к указанной постоянной составляющей (рис.3.5е). В сравнении с просто П-регулятором добавление Д-части повышает уровень выходного сигнала U_cp в переходных процессах, так как ПД-регулятор реагирует не только на величину входного сигнала θ_вх, но и на его производную или зарождающееся изменение его. Этим обеспечивается упреждающая реакция регулятора на предстоящее изменение входного сигнала и, благодаря этому, повышается быстродействие процесса регулирования в целом, гасятся колебания, а также повышается запас устойчивости САУ.

При использовании ПИД-регулятора его П-часть служит основным каналом прохождения сигнала, Д-часть обеспечивает быстродействие, устойчивость и гасит колебания, а И-часть обеспечивает нулевую ошибку регулирования.

2. НАСТРОЙКА РЕЖИМОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ термоконтроллерА LOVE

Настройку режимов регулирования осуществляется путем программирования пунктов и подпунктов служебного и вторичного меню.

Поиск по сайту: