Các phương pháp điều khiển trong hệ thống tự động hóa

V Hệ thống tự động hóa Ba phương pháp kiểm soát được áp dụng:

1) theo độ lệch của giá trị được kiểm soát,

2) do nhiễu (do tải),

3) kết hợp.

Phương pháp điều chỉnh bằng độ lệch của biến điều khiển Chúng ta hãy xem xét sử dụng ví dụ về hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC (Hình 1).

Trong quá trình vận hành, động cơ D, với tư cách là đối tượng điều chỉnh, gặp phải nhiều nhiễu khác nhau (thay đổi tải trên trục động cơ, điện áp của mạng cung cấp, tốc độ của động cơ điều khiển phần ứng của máy phát D, thay đổi môi trường xung quanh. nhiệt độ, do đó dẫn đến thay đổi điện trở của cuộn dây, và do đó làm thay đổi dòng điện, v.v.).

Tất cả những nhiễu loạn này sẽ làm cho tốc độ động cơ D bị lệch, điều này sẽ gây ra sự thay đổi trong e. vân vân. v. máy phát điện TG. Bộ biến trở P được bao gồm trong mạch của bộ tạo tốc độ TG1... Điện áp U0 do bộ biến trở P1 lấy được bao gồm so với điện áp của bộ tạo tốc độ TG. Điều này dẫn đến chênh lệch điện áp e = U0 — Utg được cung cấp qua bộ khuếch đại Y tới động cơ DP làm di chuyển con trượt của biến trở P.Điện áp U0 tương ứng với giá trị cài đặt của biến điều khiển — tần số quay ωО và điện áp máy phát điện Ug — giá trị hiện tại của tốc độ quay.

Cơm. 1. Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ DC vòng kín: R — biến trở, OVG — cuộn kích thích máy phát, G — máy phát, OVD — cuộn kích thích động cơ, D — động cơ, TG — máy phát tốc độ, DP — động cơ truyền động trượt biến trở, U — bộ khuếch đại.

Nếu dưới ảnh hưởng của nhiễu, chênh lệch giữa các giá trị này (độ lệch) vượt quá giới hạn định trước, thì bộ điều chỉnh sẽ nhận được tác động tham chiếu dưới dạng thay đổi dòng kích thích của máy phát, điều này sẽ gây ra độ lệch này Làm giảm xuống. Một hệ thống lệch chung được thể hiện bằng sơ đồ trong hình. 2, một.

Cơm. 2... Sơ đồ các phương pháp điều chỉnh: a — theo độ lệch, b — do xáo trộn, c — kết hợp, P — bộ điều chỉnh, RO — cơ quan quản lý, OR — đối tượng điều chỉnh, ES — yếu tố so sánh, x(T) là cài đặt, Z1(t) và Z2(t) — ảnh hưởng điều tiết bên trong, (T) — giá trị điều chỉnh, F(T) là hiệu ứng nhiễu.

Độ lệch của biến được kiểm soát sẽ kích hoạt bộ điều chỉnh, hành động này luôn được hướng dẫn theo cách để giảm độ lệch. Để có được sự khác biệt về giá trị ε(t) = x(t) — y (f), một phần tử so sánh ES được đưa vào hệ thống.

Hành động của cơ quan quản lý trong việc kiểm soát độ lệch xảy ra bất kể lý do thay đổi biến được kiểm soát. Đây chắc chắn là lợi thế lớn của phương pháp này.

Một phương pháp kiểm soát nhiễu, hoặc bù nhiễu, dựa trên thực tế là hệ thống sử dụng các thiết bị bù cho ảnh hưởng của những thay đổi trong hiệu ứng nhiễu.

Cơm. 3... Sơ đồ điều chỉnh điện áp máy phát điện một chiều: G — máy phát điện, ОВ1 và ОВ2 — cuộn dây kích thích của máy phát điện, Rн — điện trở tải, F1 và F.2 — lực từ của cuộn dây kích thích, Rsh — điện trở.

Ví dụ, hãy xem xét hoạt động của máy phát điện một chiều (Hình 3). Máy phát điện có hai cuộn dây kích thích: OB1 nối song song với mạch phần ứng và OB2 nối với điện trở Ri... Các cuộn kích từ được nối sao cho ppm của chúng. Thêm F1 và F.2. Điện áp đầu cực của máy phát điện sẽ phụ thuộc vào tổng ppm. F = F1 + F2.

Khi dòng điện tải Az tăng (điện trở tải Rn giảm), đáng lẽ điện áp máy phát UG phải giảm do điện áp rơi trên phần ứng máy phát tăng, nhưng điều này sẽ không xảy ra vì ppm. F2 cuộn dây kích thích OB2 tăng vì nó tỉ lệ với dòng tải Az.

Điều này sẽ dẫn đến sự gia tăng tổng ppm và theo đó, làm cân bằng điện áp máy phát. Điều này bù cho sự sụt giảm điện áp khi dòng tải thay đổi - sự xáo trộn chính của máy phát điện. Điện trở RNS trong trường hợp này là một thiết bị cho phép bạn đo nhiễu - tải.

Trong trường hợp chung, sơ đồ của một hệ thống hoạt động theo phương pháp bù nhiễu được thể hiện trong Hình. 2, b.

Ảnh hưởng lo âu có thể do nhiều nguyên nhân gây ra, vì vậy có thể có nhiều hơn một nguyên nhân.Điều này làm phức tạp thêm việc phân tích hoạt động của hệ thống điều khiển tự động. Nó thường bị giới hạn trong việc xem xét các nhiễu do nguyên nhân gốc gây ra, chẳng hạn như thay đổi tải. Trong trường hợp này, quy định được gọi là quy định phụ tải.

Một phương pháp điều chỉnh kết hợp (xem Hình 2, c) kết hợp hai phương pháp trước đó: bằng sai lệch và xúc phạm. Nó được sử dụng trong việc xây dựng các hệ thống tự động hóa phức tạp, nơi cần có quy định chất lượng cao.

Như sau từ hình. 2, trong mỗi phương pháp điều chỉnh, mỗi hệ thống điều chỉnh tự động bao gồm các bộ phận điều chỉnh (đối tượng điều chỉnh) và điều chỉnh (bộ điều chỉnh). Trong mọi trường hợp, bộ điều chỉnh phải có bộ phận nhạy đo độ lệch của biến điều khiển so với giá trị quy định, cũng như cơ quan điều chỉnh đảm bảo khôi phục giá trị cài đặt của biến điều khiển sau sai lệch của nó.

Nếu trong hệ thống, bộ điều chỉnh nhận tác động trực tiếp từ phần tử cảm biến và được nó tác động thì hệ thống điều khiển như vậy được gọi là hệ thống điều khiển trực tiếp và bộ điều chỉnh được gọi là bộ điều chỉnh tác động trực tiếp.

Trong bộ điều chỉnh tác động trực tiếp, phần tử cảm biến phải phát triển đủ năng lượng để thay đổi vị trí của cơ quan điều chỉnh. Hoàn cảnh này hạn chế lĩnh vực áp dụng quy định trực tiếp, vì chúng có xu hướng làm cho yếu tố nhạy cảm trở nên nhỏ bé, do đó gây khó khăn trong việc nỗ lực đủ để vận động cơ quan quản lý.

Bộ khuếch đại công suất được sử dụng để tăng độ nhạy của phần tử đo và có đủ năng lượng để di chuyển cơ quan điều chỉnh. Bộ điều chỉnh hoạt động với bộ khuếch đại công suất được gọi là bộ điều chỉnh gián tiếp và toàn bộ hệ thống được gọi là hệ thống điều chỉnh gián tiếp.

Trong các hệ thống điều khiển gián tiếp, các cơ cấu phụ trợ được sử dụng để di chuyển cơ quan điều tiết tác động từ nguồn năng lượng bên ngoài hoặc do năng lượng của đối tượng điều khiển. Trong trường hợp này, phần tử nhạy cảm chỉ hoạt động trên phần tử điều khiển của cơ chế phụ trợ.

Phân loại các phương pháp điều khiển tự động hóa theo loại hành động điều khiển

Tín hiệu điều khiển được tạo ra bởi hệ thống điều khiển dựa trên biến tham chiếu và tín hiệu từ cảm biến đo giá trị thực của biến điều khiển. Tín hiệu điều khiển nhận được được đưa đến bộ điều chỉnh, bộ điều chỉnh này sẽ chuyển đổi nó thành hành động điều khiển của biến tần.

Bộ truyền động buộc cơ quan điều chỉnh của đối tượng đảm nhận vị trí sao cho giá trị được điều khiển có xu hướng về giá trị đã đặt. Trong quá trình vận hành hệ thống, giá trị hiện tại của biến điều khiển được đo liên tục, do đó tín hiệu điều khiển cũng sẽ được tạo ra liên tục.

Tuy nhiên, hoạt động điều chỉnh của ổ đĩa, tùy thuộc vào thiết bị của bộ điều chỉnh, có thể liên tục hoặc không liên tục. Trong bộ lễ phục. 4, a hiển thị đường cong độ lệch Δu của giá trị được điều khiển y theo thời gian so với giá trị đặt y0, đồng thời ở phần dưới của hình, nó cho thấy hành động điều khiển Z phải được thay đổi liên tục như thế nào.Nó phụ thuộc tuyến tính vào tín hiệu điều khiển và trùng pha với nó.

Cơm. 4. Sơ đồ các loại tác động điều tiết chính: a — liên tục, b, c — định kỳ, d — rơle.

Bộ điều chỉnh tạo ra hiệu ứng như vậy được gọi là bộ điều chỉnh liên tục và bản thân quy định là một quy định liên tục... Bộ điều chỉnh được xây dựng trên nguyên tắc này chỉ hoạt động khi có tác động điều khiển, tức là cho đến khi có sự sai lệch giữa thực tế và quy định giá trị của biến điều khiển.

Nếu trong quá trình vận hành hệ thống tự động hóa, hoạt động điều khiển với tín hiệu điều khiển liên tục bị gián đoạn ở những khoảng thời gian nhất định hoặc được cung cấp dưới dạng các xung riêng biệt, thì bộ điều khiển hoạt động theo nguyên tắc này được gọi là bộ điều chỉnh định kỳ (bước hoặc xung).. .Về nguyên tắc, có hai cách có thể hình thành hành động kiểm soát định kỳ.

Trong bộ lễ phục. 4, b và c hiển thị đồ thị của hành động điều khiển gián đoạn với độ lệch liên tục Δ so với giá trị được điều khiển.

Trong trường hợp đầu tiên, hoạt động điều khiển được biểu thị bằng các xung riêng biệt có cùng thời lượng Δt, theo các khoảng thời gian bằng nhau T1 = t2 = t trong trường hợp này độ lớn của các xung Z = e(t) tỷ lệ với giá trị của tín hiệu điều khiển tại thời điểm hình thành hành động điều khiển.

Trong trường hợp thứ hai, tất cả các xung có cùng giá trị Z = e(t) và tuân theo các khoảng thời gian đều đặn T1 = t2 = t, nhưng có thời lượng khác nhau ΔT. Trong trường hợp này, thời lượng của các xung phụ thuộc vào giá trị của tín hiệu điều khiển tại thời điểm hình thành tác động điều khiển.Hành động điều tiết từ cơ quan quản lý được chuyển sang cơ quan quản lý có sự không liên tục tương ứng, do đó cơ quan quản lý cũng thay đổi vị trí của mình với sự không liên tục.

Trong thực tế, chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển rơle... Hãy xem xét nguyên lý hoạt động của điều khiển rơle, sử dụng ví dụ về hoạt động của bộ điều chỉnh với điều khiển hai vị trí (Hình 4, d).

Bộ điều chỉnh bật tắt bao gồm những bộ điều chỉnh chỉ có hai vị trí ổn định: một — khi độ lệch của giá trị được kiểm soát vượt quá giới hạn dương đã đặt + Δy và vị trí còn lại — khi độ lệch thay đổi dấu và đạt đến giới hạn âm -Δy.

Hành động điều chỉnh ở cả hai vị trí giống nhau về giá trị tuyệt đối nhưng khác nhau về dấu, và hành động này thông qua bộ điều tốc làm cho bộ điều tốc di chuyển mạnh theo cách mà giá trị tuyệt đối của độ lệch luôn giảm. Nếu giá trị của độ lệch Δу đạt đến giá trị dương cho phép + Δу (điểm 1), rơle sẽ kích hoạt và tác động điều khiển -Z sẽ tác động lên đối tượng thông qua bộ điều chỉnh và cơ quan điều chỉnh, ngược dấu nhưng bằng nhau. độ lớn đến giá trị dương của hành động điều khiển + Z. Độ lệch của giá trị được điều khiển sẽ giảm sau một khoảng thời gian nhất định.

Khi đạt đến điểm 2, độ lệch Δy sẽ bằng với giá trị âm cho phép -Δy, rơle sẽ hoạt động và tác động điều khiển Z sẽ đổi dấu sang ngược lại, v.v. Bộ điều khiển rơle, so với các bộ điều khiển khác, có thiết kế đơn giản, tương đối rẻ và được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở không yêu cầu độ nhạy cao đối với các ảnh hưởng gây nhiễu.