Métodos de controle em sistemas de automação

V sistemas de automação Três métodos de controle são aplicados:

1) por desvio do valor controlado,

2) por distúrbio (por carga),

3) combinados.

Método de regulação por desvio da variável controlada Consideremos o exemplo de um sistema de controle de velocidade de um motor DC (Fig. 1).

Durante a operação, o motor D, como objeto de regulação, sofre vários distúrbios (mudanças na carga no eixo do motor, tensão da rede de alimentação, velocidade do motor que aciona a armadura do gerador D, mudanças no ambiente temperatura, que por sua vez levam a mudanças na resistência dos enrolamentos e, portanto, nas correntes, etc.).

Todas essas perturbações farão com que a velocidade do motor D se desvie, o que causará uma mudança em e. etc. v. tacogerador TG. O reostato P está incluído no circuito do tacogerador TG1... A tensão U0 tomada pelo reostato P1 é incluída contra a tensão do tacogerador TG. Isso resulta em uma diferença de tensão e = U0 — Utg que é alimentada através do amplificador Y para o motor DP que move o controle deslizante do reostato P.A tensão U0 corresponde ao valor definido da variável controlada — frequência de rotação ωО e a tensão do tacogerador Utg — o valor atual da velocidade de rotação.

Arroz. 1. Diagramas esquemáticos para controle de velocidade do motor CC em malha fechada: R — reostato, OVG — bobina de excitação do gerador, G — gerador, OVD — bobina de excitação do motor, D — motor, TG — tacogerador, DP — motor de acionamento deslizante do reostato, U — amplificador.

Se, sob a influência de distúrbios, a diferença entre esses valores (desvio) exceder um limite predeterminado, o regulador receberá uma ação de referência na forma de uma alteração na corrente de excitação do gerador, que causará esse desvio diminuir. Um sistema de deflexão geral é representado pelo diagrama na fig. 2, a.

Arroz. 2... Esquemas de métodos de regulação: a — por desvio, b — por perturbação, c — combinado, P — regulador, RO — órgão regulador, OU — objeto de regulação, ES — elemento de comparação, x(T) é o configuração, Z1 (t) e Z2 (t) — influências regulatórias internas, (T) — valor ajustável, F(T) é um efeito perturbador.

O desvio da variável controlada ativa o regulador, esta ação é sempre direcionada de forma a reduzir o desvio. Para obter a diferença de valores ε(t) = x(t) — y (f), um elemento de comparação ES é introduzido no sistema.

A atuação do regulador no controle dos desvios ocorre independentemente do motivo da alteração da variável controlada. Esta é, sem dúvida, a grande vantagem deste método.

Um método de controle de perturbação, ou compensação de perturbação, baseia-se no fato de que o sistema usa dispositivos que compensam a influência de mudanças no efeito da perturbação.

Arroz. 3... Diagrama esquemático da regulação de tensão do gerador DC: G — gerador, ОВ1 e ОВ2 — bobinas de excitação do gerador, Rн — resistência de carga, F1 e F.2 — forças magnetomotrizes das bobinas de excitação, Rsh — resistência.

Como exemplo, considere a operação de um gerador de corrente contínua (Fig. 3). O gerador possui dois enrolamentos de excitação: OB1 conectado em paralelo com o circuito da armadura e OB2 conectado a uma resistência Ri... Os enrolamentos de campo são conectados de forma que seus ppm. F1 e F.2 somam. A tensão do terminal do gerador dependerá do ppm total. F = F1 + F2.

À medida que a corrente de carga Az aumenta (a resistência de carga Rn diminui), a tensão do gerador UG deveria ter diminuído devido a um aumento na queda de tensão na armadura do gerador, mas isso não acontecerá porque ppm. A bobina de excitação F2 OB2 aumenta à medida que é proporcional à corrente de carga Az.

Isso levará a um aumento no ppm total e, consequentemente, a uma equalização da tensão do gerador. Isso compensa a queda de tensão quando a corrente de carga muda - a principal perturbação do gerador. Resistência RNS, neste caso, é um dispositivo que permite medir a interferência — carga.

No caso geral, um diagrama de um sistema operando pelo método de compensação de distúrbios é mostrado na Fig. 2, b.

As influências ansiosas podem ser causadas por vários motivos, portanto, pode haver mais de um deles.Isso complica a análise da operação do sistema de controle automático. Geralmente, limita-se a observar os distúrbios causados ​​pela causa raiz, como mudanças de carga. Neste caso, a regulação é chamada de regulação de carga.

Um método combinado de regulação (ver Fig. 2, c) combina os dois métodos anteriores: por desvio e ultraje. É utilizado na construção de sistemas de automação complexos onde é necessária uma regulação de alta qualidade.

Como segue da fig. 2, em cada método de ajuste, cada sistema de ajuste automático consiste em peças ajustáveis ​​(objeto de ajuste) e de ajuste (regulador). Em todos os casos, o regulador deve possuir um elemento sensível que meça o desvio da variável controlada em relação ao valor prescrito, bem como um órgão regulador que assegure a restauração do valor definido da variável controlada após o seu desvio.

Se no sistema o regulador recebe o efeito diretamente do elemento sensor e é acionado por ele, esse sistema de controle é chamado de sistema de controle direto e o regulador é chamado de regulador de ação direta.

Nos reguladores de ação direta, o elemento sensor deve desenvolver potência suficiente para alterar a posição do órgão regulador. Essa circunstância limita o campo de aplicação das regulações diretas, pois elas tendem a tornar pequeno o elemento sensível, o que, por sua vez, cria dificuldades na obtenção de esforços suficientes para movimentar o órgão regulador.

Amplificadores de potência são usados ​​para aumentar a sensibilidade do elemento de medição e obter potência suficiente para movimentar o corpo regulador. Um regulador operando com um amplificador de potência é chamado de regulador indireto, e o sistema como um todo é chamado de sistema de regulação indireta.

Nos sistemas de controle indireto, mecanismos auxiliares são utilizados para movimentar o órgão regulador agindo a partir de uma fonte de energia externa ou devido à energia do objeto controlado. Neste caso, o elemento sensitivo atua apenas no elemento de controle do mecanismo auxiliar.

Classificação dos métodos de controle de automação de acordo com o tipo de ações de controle

O sinal de controle é gerado pelo sistema de controle com base na variável de referência e no sinal do sensor que mede o valor real da variável controlada. O sinal de controle recebido é alimentado ao regulador, que o converte em uma ação de controle do drive.

O atuador força o corpo regulador do objeto a assumir uma posição tal que o valor controlado tende ao valor definido. Durante a operação do sistema, o valor atual da variável controlada é medido continuamente, portanto o sinal de controle também será gerado continuamente.

Entretanto, a ação reguladora do drive, dependendo do dispositivo do regulador, pode ser contínua ou intermitente. Na fig. 4, a mostra a curva de desvio Δu do valor controlado y no tempo a partir do valor definido y0, enquanto ao mesmo tempo na parte inferior da figura é mostrado como a ação de controle Z deve ser alterada continuamente.É linearmente dependente do sinal de controle e coincide com ele em fase.

Arroz. 4. Diagramas dos principais tipos de influências regulatórias: a — contínuo, b, c — periódico, d — relé.

Os reguladores que produzem tal efeito são chamados de reguladores contínuos, e a própria regulação é uma regulação contínua... Os reguladores construídos com base nesse princípio funcionam apenas quando há uma ação de controle, ou seja, até que haja um desvio entre o real e o prescrito valor da variável controlada.

Se durante a operação do sistema de automação, a ação de controle com um sinal de controle contínuo for interrompida em determinados intervalos ou for fornecida na forma de pulsos separados, os controladores que operam com esse princípio são chamados de reguladores periódicos (etapa ou pulso).. Em princípio, existem duas formas possíveis de formar uma ação de controle periódica.

Na fig. 4, b e c mostram os gráficos da ação de controle intermitente com desvio contínuo Δ do valor controlado.

No primeiro caso, a ação de controle é representada por pulsos separados de mesma duração Δt, seguindo em intervalos de tempo iguais T1 = t2 = t neste caso a magnitude dos pulsos Z = e(t) é proporcional ao valor do sinal de controle no momento da formação da ação de controle.

No segundo caso, todos os pulsos têm o mesmo valor Z = e(t) e seguem em intervalos regulares T1 = t2 = t, mas têm diferentes durações ΔT. Neste caso, a duração dos pulsos depende do valor do sinal de controle no momento da formação da ação de controle.A ação regulatória do regulador é transferida para o regulador com as descontinuidades correspondentes, pelo que o regulador também muda de posição com as descontinuidades.

Na prática, eles também são amplamente utilizados sistemas de controle de relé... Vamos considerar o princípio de operação do controle do relé, usando o exemplo da operação de um regulador com controle de duas posições (Fig. 4, d).

Reguladores de controle on-off incluem aqueles reguladores que possuem apenas duas posições estáveis: uma — quando o desvio do valor controlado excede o limite positivo definido + Δy, e a outra — quando o desvio muda de sinal e atinge o limite negativo -Δy.

A ação de ajuste em ambas as posições é a mesma em valor absoluto, mas diferente em sinal, e esta ação através do governador faz com que o governador se mova abruptamente de forma que o valor absoluto da deflexão sempre diminua. Se o valor do desvio Δу atingir o valor positivo permitido + Δу (ponto 1), o relé será acionado e a ação de controle -Z atuará no objeto através do regulador e do corpo regulador, que é oposto em sinal, mas igual em magnitude ao valor positivo da ação de controle + Z. O desvio do valor controlado diminuirá após um determinado período de tempo.

Alcançando o ponto 2, o desvio Δy se tornará igual ao valor negativo permitido -Δy, o relé funcionará e a ação de controle Z mudará seu sinal para o oposto, etc. Os controladores de relé, em comparação com outros controladores, são simples em design, relativamente baratos e são amplamente utilizados em instalações onde não é necessária alta sensibilidade a influências perturbadoras.