4.1. Регуляторы прямого действия

В регуляторах прямого действия не требуется специальных внешних источников питания. Поэтому в них отсутствуют такие элементы как усилители и исполнительные механизмы. Примером может служить регулятор давления прямого дейс твия представленный на рисунке 4.1. Регулятор содержит гибкую мембрану, выполняющую функции чувствительного элемента и элемента сравнения. Жесткий центр мембраны подпружинен и соединен штоком с клапаном, представляющим регулирующий орган. Пружина выполняет функцию задатчика. Задание устанавливается с помощью гайки, которая изменяет жесткость пружины. Регулируемая величина давления после клапана подается в мембранную полость. Таким образом, на мембрану с одной стороны действует давление контролируемой среды, с другой - пружина. Условие равновесия или в приращениях , где P - давление, S - площадь диафрагмы, С- жесткость пружины, l-смещение штока. Таким образом, и в системе реализуется пропорциональный регулятор (П-регулятор).

Подобным образом строится регулятор расхода. Для этого в трубопроводе устанавливается сужающее устройство и верхняя полость сравнивающего устройства соединяется трубкой с пространством перед сужающим устройством, а нижняя полость соединяется с пространством за сужающим устройством. При увеличении расхода давление в нижней полости падает. Под действием разности давлений шток рабочего органа переместится вниз уменьшая расход.

Промышленностью выпускаются регуляторы давления (РД), расхода (РР), универсальные регуляторы(УРРД). Для реализации регулятора температуры по расходу теплоносителя верхняя полость сравнивающего устройства соединяется трубкой с термобаллоном.

4.2. Двухпозиционные регуляторы

Д

вухпозиционными регуляторами называются регуляторы, выходная величина которых может принимать два установившихся значения. Статическая характеристика двухпозиционного регулятора без зоны неоднозначности имеет вид:

, где - номинальное воздействие на объект управления,

- величина рассогласования, равная разности сигналов датчика и задатчика (рис.4.2а).

Статическая характеристика двухпозиционного регулятора с зоной неоднозначности имеет вид:

, где - ширина зоны неоднозначности,

- текущее время ( рис. 4.3а).

При исследовании систем автоматического управления с релейным регулятором за исходное (нулевое) состояние системы принимается ее условно установившееся состояние, при котором регулируемая величина равна заданному значению, а входное воздействие на объект равно условному непрерывному значению , обеспечивающему сохранение равновесного установившегося состояния. Тогда регулирующее воздействие регулятора на объект в приращениях от условно установившегося состояния можно записать:

для регулятора без зоны неоднозначности (рис. 4.2б).

Очевидно, . Для регулятора с зоной неоднозначности

, где 2 -ширина зоны неоднозначности.

При получаем симметричную статическую характеристику.

Зона неоднозначности в величинах регулируемого параметра равна , где - порог срабатывания релейного устройства, - порог отпускания релейного устройства, - коэффициент передачи цепи от точки измерения регулируемого параметра до входа релейного регулятора.

Релейный регулятор часто имеет характеристику представленную на рис. 4.4. Если при настройке двухпозиционного регулятора заданное значение регулируемой величины уменьшить относительно действительного значения на величину , то характеристика приводится к виду рис.4.3б.

Сам релейный регулятор может быть выполнен на элементной базе различной природы. В качестве двухпозиционного регулятора часто используют датчики-реле. Для построения релейного регулятора подключают также выход нормирующего преобразователя ко входу релейного элемента. В качестве релейного элемента используют реле, микросхему триггера Шмитта, охваченный слабой положительной обратной связью усилитель постоянного тока, обычно выполненный на операционном усилителе. В случае использования реле характеристики ( и ) определяются ее паспортом. Напомним, что отношение напряжения отпускания реле к напряжению срабатывания называется коэффициентом возврата.

Структурная схема системы автоматического регулирования с двухпозиционным регулятором имеет вид представленный нарис.4.5.