Regulatoare Automate

FIŞĂ CONSPECT 5 (FC5)

Tema: Traductoare

1. Noţiuni generale

Regulatorul automat are rolul de a prelucra operaţional semnalul de eroare ε (obţinut in urma comparaţiei liniar – aditive a mărimii de intrare r şi a mărimii de reacţie yr in elementul de comparaţie) şi de a da la ieşire un semnal de comandă u pentru elementul de execuţie.
dfae.JPG

Informaţiile curente asupra procesului automatizat se obţin cu ajutorul traductorului de reacţie Tr şi sunt prelucrate de regulatorul automat RA in conformitate cu o anumită lege care defineşte algoritmul de reglare automată. Algoritmii de reglare (legile de reglare) convenţionali utilizaţi în mod curent in reglarea proceselor automatizate (tehnologice) sunt de tip proporţional – integral – derivativ (PID). Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realiza printr-o varietate destul de largă a construcţiei regulatorului, ca regulator electronic, pneumatic, hidraulic sau mixt.
Cu toate că există o mare varietate de regulatoare, orice regulator va conţine următoarele elemente componente: amplificatorul (A), elementul de reacţie secundară (ERS) şi elementul de comparare secundară (ECS).
dfae2.JPG

  • Amplificatorul (A) este elementul de bază. El amplifică mărimea ε''1'' cu un factor K''R'' deci realizează o relaţie de tipul

u''(t)'' = K''R'' ε''1(t)''

unde KR reprezintă factorul de amplificare al regulatorului.

  • Elementul de reacţie secundară ERS primeşte la intrare mărimea de comandă u (de la ieşirea amplificatorului) şi elaborează la ieşire un semnal xrs denumit mărime de reacţie secundară.
  • Elementul de comparare secundară (ECS) efectuează continuu compararea valorilor abaterii ε şi a lui xrs dupa relatia

ε''1(t)'' = ε''(t)'' – x''rs(t)''.

  • ERS este de obicei un element care determină o dependenţă proporţională între xrs şi u. Regulatorul poate avea o structură mai complicată. De exemplu, la unele regulatoare există mai multe etaje de amplificare, la altele există mai multe reacţii secundare necesare obţinerii unor legi de reglare mai complicate.

Structura regulatoarelor automate. Blocul regulator este alcătuit din mai multe părţi componente interconectate funcţional care permit realizarea atât a legii de reglare propriu-zise (exprimată analitic prin dependenţa dintre mărimea de ieşire şi mărimea de intrare), cât şi a unor funcţii auxiliare de indicare, semnalizare a depaşirii valorii normale pentru anumite mărimi, desaturare, trecere automat – manual.
Legile de reglare clasice (de tip P, PI, PID) se realizează în cadrul regulatoarelor cu acţiune continuă cu ajutorul circuitelor operaţionale cu elemente pasive instalate pe calea de reacţie a unor amplificatoare operationale.

Prin alegerea convenabilă a relaţiei de corecţie (care prezintă o anumită funcţie de transfer HC(s)) se obţin diferiţi algoritmi de reglare. Pentru legile de reglare tipizate funcţiile de transfer ideale au expresiile:

  • Regulator P: H''R(s)'' = K''R''
  • Regulator PI: H''R(s)'' = K''R'' *(1 + 1/T''i''*S )
  • Regulator PID: H''R(s)'' = K''R'' *(1 + (1/T''i''*S) + T''d''*S + 9*T''d''/T''i'' )

unde KR reprezintă factorul de amplificare, Ti – constanta de timp de integrare, Td – constanta de timp de derivare iar 9 – factorul de interinfluenţă.

În anexa 2 sunt date schemele de conexiuni ale amplificatoarelor operaţionale pentru realizarea operaţiilor de bază:

  • Amplificator operaţional neinversor;
  • Amplificator operaţional inversor;
  • Amplificator operaţional inversor sumator;
  • Amplificator operaţional diferenţial;
  • Amplificator operaţional integrator;
  • Amplificator operaţional derivativ.

2. Clasificarea regulatoarelor

Se poate face după mai multe criterii.

a) În funcţie de sursa de energie exterioară folosită, acestea se clasifică în:

  • regulatoare directe – atunci când nu este necesară o sursă de energie exterioară, transmiterea semnalului realizându-se pe seama energiei interne;
  • regulatoare indirecte – când folosesc o sursă de energie exterioară pentru acţionarea elementului de execuţie.

b) După viteza de răspuns există:

  • regulatoare pentru procese rapide folosite pentru reglarea automată a instalaţiilor tehnologice care au constante de timp mici (mai mici de 10 s).
  • regulatoare pentru procese lente folosite atunci când constantele de timp ale instalaţiei sunt mari (depăşesc 10 sec).

c) În funcţie de particularitaţile de constructie şi funcţionale avem clasificarile:

o După tipul acţiunii:

  • regulatoare cu acţiune continuă - sunt cele in care mărimile (t) şi u(t) variaza continuu in timp;
  • dacă dependenţa dintre cele două mărimi este liniară, regulatorul se numeşte liniar;
  • dacă dependenţa dintre cele două mărimi este neliniară, regulatorul este neliniar;
  • regulatoare cu acţiune discretă sunt cele la care mărimea (t) deci şi u(t) reprezintă un tren de impulsuri.

o După caracteristicile constructive există:

  • regulatoare unificate utilizate pentru reglarea a diferiţi parametrii (temperatură, presiune, etc.);
  • regulatoare specializate utilizate numai pentru o anumită mărime.

o După agentul purtător de semnal există:

  • regulatoare electronice;
  • regulatoare electromagnetice;
  • regulatoare hidraulice;
  • regulatoare pneumatice.