|
| Часть 4. ПИ-регулятор |
|
| Рассмотрим случай, когда трехходовой кран повернут в положение при котором сильфон ПОС соединяется с дросселем ПОС, см. рис. 25 на стр. 8. |
| Если дроссели ООС и ПОС полностью открыты, давление сжатого воздуха в сильфонах одинаковое и правый конец рычага занимает положение К2. |
| Рычаг находится в этом положении независимо от величины давления сжатого воздуха на выходе реле регулятора. Если дроссели ПОС и ООС прикрыть и изменить давление на выходе реле, правый конец рычага вернется в это положение спустя некоторый промежуток времени (по завершении выравнивания перепада давления сжатого воздуха на дросселях). |
|
| В ПИ-регуляторе дроссель ООС полностью открыт, а дроссель ПОС прикрыт. |
| Принимаем, что САР находится в равновесном состоянии: потоки Y и Z равны; уровень воды в баке зафиксирован у отметки X0; рычаг находится в положении К1,К2. |
| Отследим реакцию ПИ-регулятора с широкой зоной пропорциональности на возмущающее воздействие, - выведем САР из равновесного состояния. Для этого откроем больше выходной вентиль, чтобы увеличить поток выливающейся воды на величину z1. |
|
| Уровень воды в баке понижается; левый конец рычага в результате сжатия трубки Бурдона перемещается вниз; зазор сопло-рычаг увеличивается; давление сжатого воздуха в камере [10] становится меньше; диафрагма [5] прогибается вниз и увлекает за собой подвижное седло клапана [4] вместе с разделительной диафрагмой [8]; отверстие клапана [4] открывается и воздух из камеры [7] стравливается в атмосферу. Давление сжатого воздуха на выходе реле уменьшается. |
| Так как дроссель ООС полностью открыт, сильфон ООС практически мгновенно реагирует на изменение давления сжатого воздуха на выходе реле и правый конец рычага поднимается, уравновешивая перемещение вниз левого конца рычага. |
| Напомним, что перемещение правого конца рычага всегда несколько меньше перемещения левого конца рычага. |
| На этом этапе регулировочного процесса происходит выравнивание давления и на дросселе ПОС, поэтому сильфон ПОС оказывает некоторое противодействие сильфону ООС. |
| По завершении переходного процесса рычаг устанавливается в положение при котором потоки Y и Z равны. Уровень воды в баке находится у новой отметки, см. рис. 38, положение рычага 1. |
| Осуществлено пропорциональное регулирование с неизбежной для этого вида регулирования ошибкой. |
|
 |
|
| Рис. 38 |
|
| Выравнивание перепада давления на дросселе ПОС продолжается, что ведет к дальнейшему сжатию сильфона ПОС. |
| Правый конец рычага перемещается ниже, зазор сопло-рычаг увеличивается и давление сжатого воздуха на выходе реле уменьшается. |
| Сильфон ООС оказывает мгновенное противодействие и несколько меняет положение правого конца рычага. |
| Регулирующий вентиль открывается больше, см. рис. 38 положение рычага 2. |
|
| Равновесие потоков воды нарушается (поток Y становится больше потока Z) и вода в баке начинает прибывать. |
| Левый конец рычага поднимается. |
| Правый конец рычага по-прежнему опускается, так как выравнивание перепада давления на дросселе ПОС продолжается. |
| Если скорости перемещения левого и правого концов рычага отличаются, зазор сопло-заслонка меняется и соответственно меняется поток Y. |
| Когда скорости равны, рычаг вращается против часовой стрелки на “оси”, - точка f2. |
| По достижении положения К2, правый конец рычага останавливается, в то время как левый конец рычага продолжает подниматься. |
| Зазор сопло-рычаг становится меньше и с ним, - поток Y. |
| Когда поток Y сравнивается с потоком Z процесс регулирования завершается. |
| Левый конец рычага находится в новом положении (в пределах зоны 0,1 мм), см. рис. 38 положение рычага 3. |
|
| Положительная обратная связь постепенно выключила действие отрицательной обратной связи и перевела регулятор в режим максимального усиления входного сигнала. Промежуток времени за который осуществлено это воздействие называется временем интегрирования Tи. В результате интегрального воздействия ошибка сведена к минимальной. |
|
| Понятно, что полностью устранить ошибку не представляется возможным, так как каждой величине потока вливающейся воды в бак соответствует определенное значение зазора сопло-рычаг в пределах 0,05 мм или, - определенное положение левого конца рычага в пределах 0,1 мм в режиме максимального усиления входного сигнала. |
| Чем больше коэффициент передачи (усиления) регулятора, тем больше погрешность регулирования. |
| Например, если коэффициент передачи регулятора равен 10, погрешность регулирования равна 4%. |
|
| На рис. 39 показаны графики переходного процесса для ПИ-регулятора с оптимальной зоной пропорциональности. |
|
 |
|
| Рис. 39 |
|
| На временной оси отмечены основные моменты переходного процесса: |
| положение рычага К1,К2, - исходное; |
| положение рычага 1, - в результате действия пропорциональной составляющей в начале переходного процесса, когда потоки Y и Z сравнялись по величине; |
| положение рычага 2, - по окончании действия пропорциональной составляющей, в "начале" действия интегральной составляющей; |
| положение рычага 3,- в конце интегрального воздействия. |
| е*, - ошибка по завершении регулировочного процесса. |
|