5. ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ И САМОНАСТРАИВАЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

При автоматизации производственных процессов необходимо обеспечивать наивыгоднейшие (оптимальные) режимы работы. Для этой цели применяют экстремальные регуляторы (оптимизаторы). Если объект регулирования имеет экстремальную характеристику, то для нахождения максимума или минимума оптимизатор формирует поисковый сигнал таким образом, чтобы он перемещал регулируемый орган в направлении достижения экстремума характеристики. На рис. II.24 показана статическая характеристика объекта регулирования. На вход объекта регулирования подается поисковый сигнал в виде синусоиды, меандров или пилообразной формы, что обеспечивает движение регулятора к точке уопт (см. подробнее гл. XVI).

Рассмотрим непрерывный экстремальный регулятор с запоминанием максимума (минимума), выполненный на пневмоэлементах. Упрощенная схема такого регулятора показана на рис. II.25. Данный регулятор состоит из блока запоминания I давления в башне, блока формирования реверсирующего сигнала II, одновибратора III, триггера IV, интегратора V, усилителя мощности VI и блока ограничений VII.

Рис. 11.24. Экстремальная характеристика объекта регулирования

Поясним работу данного регулятора с помощью рис. 11.26 [27]. Объект регулирования имеет экстремальную характеристику. Выходная координата у пропорциональна давлению а входная координата х пропорциональна давлению Входной пилообразный сигнал формируемый экстремальным регулятором, поступает на вход объекта регулирования IX (см. рис. II.25). Тогда на выходе объекта образуется периодический сигнал максимальное значение которого фиксируется блоком запоминания I. Давление в блоке запоминания следит за возрастанием Если уменьшается, то давление на выходе блока запоминания остается равным . В узле II формирования реверсирующего сигнала текущее значение сравнивается с максимальным значением

и при достижении величины на выходе этого блока появляется импульс поступающий в одновибратор III. Одновибратор, в свою очередь, выдает с некоторой задержкой импульс с длительностью который перебрасывает триггер IV из одного состояния в другое. Если выходной сигнал триггера то давление на выходе интегратора убывает с постоянной скоростью, а при давление возрастает с той же скоростью. Выходной сигнал интегратора V через усилитель мощности VI управляет пневматическим

Рис. 11.25. (см. скан) Упрощенная приципиальная схема экстремальной системы автоматического регулирования давления с запоминанием

двигателем VIII, перемещающим заслонку. Следует также отметить, что импульс осуществляет самоблокировку на время и управляет сбросом памяти блока запоминания.

Рассмотрим работу отдельных узлов экстремального регулятора по упрощенной принципиальной схеме рис. II.25. Давление объекта регулирования, проходя через датчик уменьшается в несколько раз и поступает в виде давления в блок запоминания I, состоящий из элемента памяти; усилителя, включенного по схеме сравнения; повторителя со сдвигом и реле. Далее сигнал в виде давления поступает на блок 11 формирования реверсирующего сигнала, состоящего из усилителя с петлей гистерезиса, также включенного по схеме сравнения; повторителя со сдвигом; логического элемента ИЛИ и реле.

Рис. II.26. Диаграмма формирования сигналов в экстремальной системе автоматичикьео регулирования иавления с запоминанием

В блоке II происходит сравнение давлений с запомненным давлением Как только сравнение давлений произойдет, в элементе сравнения I появится сигнал под действием которого память запоминает давление . С уменьшением сигнала величина будет равна рутах (на рис. 11.26 показаны два значения тех пор, пока разность сигналов не достигнет зоны нечувствительности экстремального регулятора. Эту величину можно изменять с помощью повторителя со сдвигом, входящего в блок II. При выходной сигнал элемента сравнения сравнивается в схеме ИЛИ с выходным сигналом, поступающим от блока ограничения.

Выходной сигнал с блока формирования поступает на одновибратор III, состоящий из триггера с раздельными входами и импульсатора. Раньше уже отмечалось, что одновибратор вырабатывает импульс длительность которого можно изменять с помощью регулируемого сопротивления а. Импульс также сбрасывает запомненное значение давления в блоке и давление нуля. Следует также запомнить, что появление импульса в момент, когда вызывает реверс давления. Сигнал поступает на триггер IV, который выполнен на четырех реле, и осуществляет переключение интегратора V.

Интегратор построен на основе генератора пилообразного линейного давления. Соединение повторителя с питанием и усилителя линейного пилообразного давления с атмосферой осуществляется с помощью сдвоенного клапана и происходит по команде . При давление на выходе интегратора убывает с постоянной скоростью, а при возрастает. Скорость убывания и возрастания давления на интеграторе можно изменять с помощью сопротивления у. Давление с выхода интегратора поступает на усилитель мощности VI через перепускной клапан, который позволяет переводить регулятор с автоматического управления на ручное путем подачи команды Узел ограничения VII выполняет реверс регулятора при выходе параметров за допустимые пределы. Блок VII состоит из двух усилителей, включенных по схеме сравнения, двух элементов ИЛИ и двух дроссельных сумматоров, на которых заданы верхние ограничения допустимых значений параметров. Если какой-либо параметр выйдет за установленные пределы, то на выходе блока ограничения появится сигнал реверсирующий регулятор.

На рис. II.27 показана упрощенная принципиальная схема экстремальной системы для выпаривания свекловичного сока [48].

Рис. II.27. Принципиальная схема экстремальной системы для аппаратов выпаривания свекловичного сока

Рис. II.28. Импульсы, срабатывания поляризованного реле и управляющий сигнал экстремальной системы для аппаратов выпаривания свекляъичного сока

В аппарат выпаривания 4 через регулируемый орган 6 поступает первичный сок (сырье), а из аппарата отводится сок (продукт). Кипящий сок находится в кипятильных трубках, вокруг которых циркулирует водяной пар. Часть несгущенного сокового пара поступает в датчик расхода 3. Напряжение, пропорциональное расходу сокового пара, поступает на блоки деления 2. При малой подаче сырья верхняя часть трубок аппарата окажется незаполненной, что приведет к уменьшению коэффициента теплопередачи аппарата. При большой подаче сырья уменьшится скорость циркуляции сока в аппарате, что также приведет к уменьшению коэффициента теплопередачи. Существует такое количество сырья, при котором значение коэффициента теплопередачи максимально. Иначе говоря, коэффициент теплопередачи аппарата в зависимости от подачи сырья может быть представлен в виде экстремальной характеристики.

На практике коэффициент теплопередачи принято определять по отношению расхода сокового пара, измеряемого датчиком 3, к перепаду температуры на стенках трубок аппарата, измеряемому датчиком температуры 5:

где — расход сокового пара; — перепад температуры на стенках трубок; — постоянный коэффициент.

Рассмотрим работу экстремальной системы для выпаривания свекловичного сока (рис. 11.27). Блок деления 2 (аналоговое устройство) выполняет операцию деления напряжений по формуле (II.3). Выходное напряжение блока деления управляет левой обмоткой поляризованного реле . С ростом пропорционального включается реле и контакт замыкается. При этом происходит заряд конденсатора С в цепи катодного повторителя 1 и переключение контакта в нижнее положение. Тогда триггер 9 переключает контакт реле в верхнее положение. Исполнительный двигатель 8 начнет вращаться и с помощью редуктора 7 откроет вентиль 6, увеличивая подачу сырья в выпариваемый аппарат.

При заряде конденсатора образуется ток во встречно включенной правой обмотке поляризованного реле и реле отключается. За счет этого получается периодически изменяющийся входной сигнал, обеспечивающий приближение к максимальному значению Следует сразу же заметить, что промежуточные значения регулируемого параметра при его подходе к максимуму и сам максимум запоминаются в виде заряда на конденсаторе С. После прохода экстремума значение начинает уменьшаться, и контакт реле перебрасывается в нижнее положение. При этом происходит реверс двигателя 8, уменьшается подача сырья, и конденсатор С начинает разряжаться на резистор Одновременно с этим контакт перебрасывается в верхнее положение и замыкает контакт реле и конденсатор С полностью разряжается. Поступающий с блока деления сигнал вызывает снова срабатывание реле Таким образом получаются импульсы срабатывания поляризованного реле (рис. 11.28, а).

Большая инерционность объекта регулирования приводит к тому, что после реверса двигателя объект может значительно удаляться от максимума Для исключения этого реверс исполнительного двигателя предусмотрен не после каждого срабатывания поляризованного реле, а через одно срабатывание. Последнее обеспечивается триггерной схемой. На рис. II.28, а приведены импульсы срабатывания поляризованного реле и управляющий сигнал после триггера, поступающий на двигатель (рис. II.28, б). Как видно из рисунка, срабатывание триггера и изменение управляющего сигнала наступает после второго срабатывания поляризованного реле со сменой направления движения в сторону максимума. При такой организации движения к максимуму инерционность объекта регулирования сказывается в меньшей степени.