Простейший регулятор – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Cтраница 2
| Технические характеристики плунжерных дросселей типа Г77 – 2. [16] |
Простейшим регулятором скорости гидродвигателя является дроссель, который может быть установлен как на линии питания двигателя – на входе ( фиг. [17]
Простейшим регулятором роста растений является этилен, который оказывает на них самое различное воздействие: угнетает рост, ускоряет абсциссию ( опадение листьев, цветов и плодов) и стимулирует созревание и цветение на соответствующих стадиях развития растений. В садоводстве химически связанный этилен используется в форме препарата этрел для ускорения созревания фруктов и облегчения их отделения. Новой областью применения этрела, которая приобретает все более важное значение, является стимулирование движения латекса у гевеи.
[18]
| Регуляторы усиления. а плавная регулировка, б регулировка скачками. [19] |
Схемы простейших регуляторов усиления ( с плавной и ступенчатой регулировками) представлены на рис. 10.22. Заметим, что эти регуляторы усиления вносят наибольшие частотные искажения, когда движок стоит посередине. [20]
Схема простейшего регулятора времени типа РВТ, обеспечивающего задание четырех операций: Сжатие, Сварка, Проковка, Пауза, приведена на рис. 3.13. Регулятор представляет собой аналоговую СУ с времязадающим контуром RC, синхронизированным импульсами с частотой питающей сети. Схема содержит блок коммутации операций сварочного цикла, БЗВ, Ф и узел включения. [21]
| Схема регулирования потока при подаче нагнетательным насосом. [22] |
Сочетанием описанных простейших регуляторов различных параметров технологических процессов
, с выбором одного или нескольких импульсов, в практике создаются сложные схемы автоматического регулирования, находящие все большее применение в химической промышленности и, в частности, на заводах синтетического каучука.
[23]| Блок-схема автоматического регулирования. [24] |
В простейших регуляторах чувствительный элемент непосредственно воздействует на регулирующий орган, используя для перемещения последнего энергию регулируемой среды. Такие регуляторы называются регуляторами прямого действия. Примером может служить механический регулятор уровня для сепараторов. [25]
В простейших регуляторах чувствительный элемент непосредственно осуществляет перемещение регулирующего органа. В этих регуляторах энергия, необходимая для изменения положения регулирующего органа, поступает непосредственно от чувствительного элемента. Следует отметить, что реакция регулирующего органа на чувствительный элемент снижает чувствительность этого элемента, в результате чего ухудшается качество регулирования. [26]
Дроссель насыщения в качестве датчика тока. | Управление тиристором от одно.
[27] |
В простейшем регуляторе может быть применен МУ, выполненный по однофазной нереверсивной схеме. Однако применение реверсивного МУ обеспечивает лучшее быстродействие электропривода как при набросе, так и при сбросе нагрузки. [28]
| Специальный вать на входную величину таким образом. [29] |
Страницы: 1 2 3 4 5
Немного про ПИД-регуляторы или «велосипед автоматизации». Часть 1 / Хабр
Часть 1. От практики к теории.
Часть 2. Реализация регулятора – от простого к настоящему.
Часть 3. Реализация регулятора – вот теперь регулятор.
Часть 4. Мир развивается, а «велосипед» остается.
Введение
Прочитав статьи по теории автоматического управления https://habr.
com/ru/post/503820/ в очередной раз освежил в памяти курс лекций времен студенчества. Понятно, что это именно теория САР, т.е. реальный объект отображается в виде математического описания и затем с использованием математических инструментов синтезируется регулятор (точнее его математическое описание) и рассчитываются параметры регулятора.
Как и все поколения будущих инженеров, в ВУЗе я делал лабораторные и курсовые, что-то рассчитывал, чертил годографы и казалось, что понимал теорию и был готов применять ее на практике. По окончанию университета, попав инженером АСУТП на нефтеперерабатывающий завод, увидев реальную установку, контроллеры, датчики, клапаны, я был в некотором недоумении: как связать теорию САР с поддержанием в колонне уровня скворчащей горячей жидкости при посредстве дрожащего буйкового уровнемера и гудящего замазученного клапана. Да и описание регулятора в документации на ПЛК сильно отличалось от схемы в лекциях по САУ. Со временем, поняв опытным путем и процессы в колоннах и аппаратах, и подходы к практическому построению контуров регулирования, освежив в памяти теорию удалось более осознано связать теорию САР с реальным процессом.
Но каждое следующее поколение инженеров, попадая после ВУЗа на реальное производство, задавалось теми же вопросами.
Почитав еще раз лекции и пересмотрев множество материалов по «практической реализации ПИД-регуляторов», я не нашел грамотного и доступного для понимания описания как самого ПИД-регулятора, так и процесса регулирования. Поэтому решил написать свою статью «про велосипед автоматизации».
В качестве практического примера будем рассматривать технологические процессы, связанные с движением жидкости и газа в аппаратах и трубопроводах (системы водоподготовки и водоочистки, нефте- и газоперерабатывающие производства и т.д.). Физическое управление технологическим процессом выполняется посредством изменения расхода газообразной или жидкой среды:
– уровень жидкости в аппарате (емкости, колонне) – изменением расходы на входящем или исходящем трубопроводе;
– давление в аппарате – изменением расхода газа, подаваемого в аппарат или отводимого(сбрасываемого) из аппарата;
– температура потока после технологической печи – изменением расхода топлива к горелкам;
– температура среды после парового подогревателя – изменением расхода пара в подогреватель;
– температура среды после теплообменника – изменением расхода через теплообменник и через байпасную линию;
– и т.
д.
Если рассматривать автоматизацию процессов в других областях, например, стабилизация положения летательного аппарата, то там будут свои особенности в практической реализации автоматического регулирования.
Чтобы сделать понимание материала более доступным, на первом этапе все максимально упростим, и будем усложнять по мере описания.
1. Вводные положения.
Возьмем самую простую «классическую» задачу. Есть емкость, по одной трубе в емкость подается жидкость, по другой отводится. На емкость установлен уровнемер, на отводящем трубопроводе установлен регулирующий клапан. Уровнемер и клапан подключены к ПЛК, в ПЛК реализован регулятор. Задача – поддерживать уровень в емкости на заданном значении.
Любой оператор или инженер АСУТП вам скажет, что регулятор, реализованный в контроллере поддерживает заданный уровень в емкости управляя регулирующим клапаном. Это очевидно и вполне логично.
Но для теории САР все выглядит несколько иначе.
Типовое изображение контура регулирования в учебники по автоматизации.
И формула для ПИД регулятора
Для теории САР объектом регулирования будет не емкость и не показания уровнемера, а количество жидкости в емкости. Количество жидкости в емкости – это функция во времени от разности поступающего и отводимого потоков, если поступает больше чем отводится количество жидкости в емкости увеличивается, если отводится больше чем поступает количество снижается.
Уровень жидкости в емкости – это функция от количества жидкости, в зависимости от формы емкости функция может быть линейной (вертикальный цилиндр) или нелинейной (горизонтальный цилиндр или более сложная форма).
Управляющее воздействие на объект регулирования – это не выходной сигнал контроллера и не положение клапана, это изменение расхода в отводящем трубопроводе.
Токовый выход контроллера, преобразование в клапане токового сигнала в положение плунжера, изменение расхода от положения плунжера – это все звенья передачи управляющего воздействия, все эти звенья описываются как функция между входными и выходными переменными и некоторое запаздывание.
Например, масштабирование инженерных единиц в токовый сигнал – это линейное звено, а изменение расхода от положения плунжера клапана описывается расходной характеристикой и как правило будет нелинейным звеном.
Уровнемер – это звено преобразования уровня в токовый входной сигнал, он также реализует функцию преобразования входной и выходной переменной и вносит некоторое запаздывание.
ПЛК – это сложное устройство, реализующее как минимум функции масштабирования переменных и расчетные функции. В теории САР ПЛК будет также представлен набором звеньев, и только одним из этих звеньев будет ПИД-регулятор.
Очень упрощенное теоретическое представление для нашего примера можно принять следующее:
Еще один часто встречающийся пример, это системы нагрева. При нагреве продукта в печи или теплообменнике, объектом регулирования будет сама температура как функция от разности подводимого и отводимого тепла, а подача теплоносителя или топливного газа в печь, изменение расхода среды в змеевиках и т.
д. – это все звенья, формирующие управляющее или возмущающее воздействие.
Или бытовой пример, объект регулирования – температура в комнате, управление термистором, мощность подводимая к нагревателю, открытие форточки электроприводом – это звенья формирующие управляющее воздействие, определяющие количество подводимого или отводимого тепла, изменение теплоотдачи помещения через стены, окна, открытую дверь – это возмущающие воздействия.
В нашем примере, все физические элементы, используемые для решения задачи поддержания уровня в емкости и связи между этими элементами, составляют контур регулирования. Когда проектировщик в проектном институте составляет перечень контуров регулирования, он оперирует именно физическими устройствами: уровнемер, искробезопасный барьер, входной модуль, программный блок в ПЛК, выходной модуль, регулирующий клапан. Но надо понимать, что эти «проектные» контуры регулирования никак не соотносятся с контурами в теории САУ.
Если погружаться еще дальше в теоретическое описание, то и уровнемер, и клапан, и искробезопасны барьер и все остальные возможные устройства будут состоять из набора звеньев, и каждое звено будет иметь свое математическое описание.
Например, буйковый уровнемер можно представить как набор звеньев:
1 – буек определенного объема и массы;
2 – подвес, рычажную тягу и торцевое уплотнение с определенной жесткостью;
3 – датчик Холла с нелинейной характеристикой;
4 – усилитель сигнала от датчика Холла;
5 – аналого-цифровой преобразователь;
и т.д.
У регулирующего клапана звеньев будет не меньше, так как надо учитывать еще позиционер и пневмопривод.
Составить полное математическое описание САУ даже для нашего тривиального случая дело очень непростое, даже если принять достаточно много упрощений.
Проводить серьезное исследование с математическим описанием имеет смысл для задач, которые будут тиражироваться, когда целесообразно потрать силы, время и деньги, составить математическое описание объекта и всех звеньев, выполнить моделирование, синтезировать регуляторы, снова выполнить моделирование и т.д. И результаты этой работы можно будет многократно использовать в конечном продукте.
В качестве примера можно привести САУ летательного аппарата (самолета, квадрокоптера, ракеты) или систему регулирования сложного блока питания. Выполнять весь этот объем работы для разового применения на одной емкости можно только в учебных целях и то с большими упрощениями.
Любой физический процесс в технологическом оборудовании можно разложить на объект регулирования и несколько передаточных звеньев, формирующих управляющие и возмущающие воздействия.
Реальный объект – ректификационная колонна.
Если вместо упрощенной емкости взять для рассмотрения куб ректификационной колонны, то модель будет несколько сложнее (колонны бывают разные). Поступающий в колонну нагретый продукт содержит жидкость и парогазовую фазу, в колонне часть продукта испаряется снижая общую температуру жидкой фазы, часть соответственно конденсируется на тарелках. В результате процесса ректификации в куб колонны попадает только часть поступающего в колонну продукта, и количество этого продукта зависит от многих условий: фракционный состав, температура, давление в колонне, расходы и температура потоков орошения, температурный профиль колонны и т.
д. Любое изменение в режиме колонны приводит к изменению количества жидкости, поступающей в кубовую часть – это сложная функция от множества переменных. Изменение объема поступающей в куб жидкости будет возмущающим воздействием. Конечно существуют качественные модели ректификационных колонн и «цифровые двойники», но в моделях всегда используются некоторые допущения, да и процесс создания двойников очень трудоемкий. Для построения контуров регулирования большинства технологических процессов и настройки регуляторов не обязательно разрабатывать цифровые модели, для этого есть более простые и бюджетные методики.
Теперь с представлением физического объекта в теории САУ наверно стало более понятно и можно переходить к построению ПИД-регулятора в ПЛК.
Продолжение. Часть 2.
Что такое регулятор напряжения? Определение, типы и работа регулятора напряжения
Определение : Регулятор напряжения — это устройство, которое поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.
Напряжение пульсаций переменного тока , которое не удаляется фильтрами, также отбрасывается регуляторами напряжения.
Комбинации элементов, представленные в конструкции регулятора напряжения, обеспечивают постоянное выходное напряжение при переменном входном питании.
Всякий раз, когда необходимо иметь стабильное и надежное выходное напряжение , наиболее предпочтительными схемами являются регуляторы напряжения.
Регуляторы напряжения также отображают защитные функции , такие как защита от перенапряжения, защита от короткого замыкания, тепловое отключение, ограничение тока и т. д. Это может быть линейный регулятор или импульсный регулятор, но самый простой и доступный тип регулятора напряжения — линейный.
Рассмотрим принципиальную схему регулятора напряжения на стабилитроне-
Стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения , который обеспечивает постоянное напряжение от источника, напряжение которого существенно меняется.
Как мы видим на рисунке выше, в начале цепи стоит резистор. Для ограничения обратного тока через диод резистором более безопасного номинала в схеме используется резистор R s .
Напряжение источника V s и резистор R s подобраны так, чтобы диод работал в области пробоя. Напряжение на R L известен как напряжение Зенера V z , а ток диода известен как I z .
На нагрузке поддерживается установившееся напряжение R L , так как колебания выходного напряжения поглощаются резистором R s . Входное напряжение, изменения которого должны регулироваться, подключает стабилитрон в обратном состоянии.
Диод не проводит ток, если напряжение на R L меньше напряжения пробоя стабилитрона В z и R s и R L образуют делитель потенциала между V s .
При увеличении напряжения питания V s падение напряжения на R L будет больше по сравнению с напряжением пробоя стабилитрона.
Таким образом, заставляя стабилитрон проводить ток в области пробоя.
Ток Зенера I z ограничен резистором серии R s от превышения номинального максимального значения I zmax .
Ток через R S задается Ток истока делится на Iz и I L в переходе-
Ток Зенера I D может значительно различаться.
При дальнейшем увеличении входного напряжения увеличивается ток через диод и нагрузку. Когда сопротивление на диоде уменьшается, это приводит к тому, что через диод протекает больший ток.
В результате падение напряжения на R s будет больше, поэтому напряжение на выходе будет иметь значение, близкое к входному или напряжению питания.
Следовательно, мы можем сказать, что стабилитрон поддерживает постоянное напряжение на нагрузке, если только напряжение питания не превышает напряжение стабилитрона .
Когда мы говорим о транзисторном регуляторе напряжения, он в основном бывает двух типов –
Используя любой из вышеупомянутых типов, мы можем иметь постоянное выходное напряжение постоянного тока заданного значения. Это значение не зависит от изменения напряжения питания или нагрузки на выходе.
Давайте теперь подробно обсудим каждый тип-
Серийный регулятор напряжения
На рисунке ниже показана блок-схема последовательного регулятора напряжения-
Здесь величина входного напряжения, которое получает выходное напряжение, контролируется последовательными элементами управления. Схема, измеряющая выходное напряжение, обеспечивает обратную связь, которая сравнивается с опорным напряжением.
В случае увеличения напряжения на выходе , компаратор подает управляющий сигнал к управляющему элементу, чтобы уменьшить величину выхода . Точно так же, если выходное напряжение уменьшается, компаратор посылает управляющий сигнал, чтобы величину выходного сигнала можно было поднять до желаемого уровня.
Работа транзисторного последовательного регулятора напряжения
Он также известен как регулятор напряжения эмиттерного повторителя . На приведенной ниже схеме показан простой последовательный регулятор напряжения, состоящий из NPN-транзистора и стабилитрона.
В приведенной выше схеме выводы коллектора и эмиттера транзистора включены последовательно с нагрузкой, поэтому он называется последовательным регулятором. Транзистор Q известен как проходной транзистор серии .
Когда на входную клемму подается постоянный ток, на нагрузочном резисторе R L появляется регулируемое выходное напряжение. Используемый в схеме транзистор служит переменным сопротивлением, а стабилитрон обеспечивает опорное напряжение.
Его работа основана на том принципе, что на транзисторе появляются большие колебания входного напряжения, поэтому выходное напряжение имеет тенденцию быть постоянным.
Здесь V out = V z – V BE
Базовое напряжение остается почти постоянным, значение которого примерно равно напряжению на стабилитроне V z .
Двигаемся дальше и рассмотрим случай, когда выходное напряжение увеличивается из-за увеличения напряжения питания. Это увеличение V из приведет к уменьшению V BE , поскольку V z фиксируется на определенном уровне.
Это уменьшение V BE автоматически уменьшит проводимость. Из-за этого увеличивается сопротивление коллектор-эмиттер R CE , что приводит к увеличению V CE , что в конечном итоге приводит к снижению выходного напряжения.
Теперь о влиянии изменения нагрузки на выходное напряжение.
Предположим, что значение нагрузочного резистора R
Уменьшение сопротивления немного увеличивает ток, что компенсирует уменьшение R L .
Таким образом, выходное напряжение остается постоянным, так как оно равно I L R L .
Ограничения
- При комнатной температуре поддерживать абсолютно постоянное выходное напряжение затруднительно, так как при повышении комнатной температуры это автоматически вызывает уменьшение В BE и V Z.
- Хорошая регулировка не достигается при большом токе.
Шунтовой регулятор напряжения
Блок-схема шунтового регулятора напряжения показана ниже:В этом типе регулятора напряжения, чтобы обеспечить адекватное регулирование, ток отводится от нагрузки . Для поддержания постоянного тока с помощью элемента управления часть тока отводится от нагрузки.
Предположим, что нагрузка изменилась, что привело к изменению выходного напряжения. Итак, 9Сигнал обратной связи 0003 направляется в схему компаратора, которая обеспечивает управляющий сигнал для изменения величины тока, отведенного от нагрузки.
Работа транзисторного шунтирующего регулятора напряжения
Давайте посмотрим на принципиальную схему шунтового регулятора напряжения –
Здесь R SE подключен последовательно с питанием, а транзистор подключен параллельно выходу. Напряжение питания снижается из-за падения на R
V OUT = V Z + V BE
V OUT = V В – IR SE
Suppals Suppales, входной подключен, а входная подключение повышено, что входная подключение под возвышением, потому что входная подключена, а входная подключение поднимается, а входная подключение – это, потому что входная подключение – это входная подключение. V из и V BE , что в результате привело к увеличению I B и I C . Таким образом, при этом увеличении напряжения питания увеличивается ток питания I, что создает большее падение напряжения на резисторе R9.
0033 SE , что снижает выходное напряжение. Таким образом, выходное напряжение остается почти постоянным.
Ограничения
- Это заставляет большую часть тока течь через транзистор, а не нагружать его.
- Защита от перенапряжения иногда является проблемой в цепях такого типа.
Применения
Используются в блоках питания компьютеров , где они регулируют напряжение постоянного тока. В система распределения электроэнергии , регуляторы напряжения используются вдоль распределительных линий, чтобы обеспечить постоянное напряжение для потребителей.
Принцип работы и конфигурация линейного регулятора
Линейные регуляторы (LDO-регуляторы)
1. Принцип работы линейного регулятора Ниже приводится описание принципа действия линейного регулятора. На рисунке ниже показана модель, обеспечивающая упрощенный вид линейного регулятора.
Линейный регулятор может поддерживать стабильное выходное напряжение (V
Мы будем использовать эту модель для рассмотрения «тепловых потерь», которые всегда происходят при работе линейного регулятора. Предполагается следующее:
Входное напряжение (V IN ) = 3,0 В, выходное напряжение (V OUT ) = 1,0 В, выходной ток (I OUT ) = 100 мА.
В этом случае мощность на входе линейного регулятора составляет около 0,3 Вт, а поскольку на выходе 0,1 Вт, разница между входом и выходом составляет около 0,2 Вт.
«Теплопотери» в линейном регуляторе – это то, что объясняет эту разницу, большая часть которой идет на самонагрев через элементы управления, а остальная часть расходуется на собственный ток потребления линейного регулятора.
Чем больше разница между входным и выходным напряжением и чем больше ток нагрузки, тем больше будут потери тепла.
По этой причине при использовании линейного регулятора требуется тепловой расчет. Рассеиваемая мощность микросхемы
является важным фактором при реализации теплового расчета. Рассеиваемая мощность ИС указывает допустимое значение тепловых потерь.
Если ИС используется в условиях, превышающих ее рассеиваемую мощность, будет превышена гарантированная рабочая температура ИС.
ABLIC предоставляет «услугу теплового моделирования» для поддержки теплового расчета с использованием ИС источника питания ABLIC в условиях использования заказчиком. Эта услуга теплового моделирования помогает снизить риск теплового проектирования на этапе разработки для клиента.
Пожалуйста, свяжитесь с нашими торговыми представителями, чтобы воспользоваться нашей услугой теплового моделирования.
Рассмотрим подробнее внутреннюю конфигурацию линейного регулятора.
1. Выходной драйвер
Ток, проходящий со стороны входного напряжения (V IN ) на сторону выходного напряжения (V OUT ), проходит через драйвер вывода.
По этой причине большая часть тепловых потерь линейного регулятора приходится на выходной драйвер.
Используя превосходный выходной драйвер, то есть выходной драйвер с низким сопротивлением в открытом состоянии, даже регулятор с высоким выходным током сможет обеспечить требуемое выходное напряжение при низком входном напряжении, а также снизить тепловые потери.
Линейный стабилизатор, который может обеспечить требуемое выходное напряжение даже при небольшой разнице между входным и выходным напряжением, называется регулятором LDO.
2. Цепь опорного напряжения
Цепь опорного напряжения выдает напряжение (= опорное напряжение, В REF ) используется в качестве стандарта усилителя ошибки для определения того, является ли выходное напряжение (V OUT ) выше или ниже требуемого напряжения.
Поскольку он используется в качестве критерия для проверки выходных напряжений, очень важно, чтобы это было стабильное и точное напряжение. Он должен выдавать стабильное напряжение без влияния входного напряжения, температуры и других факторов окружающей среды.
3. Резистор обратной связи
Резистор обратной связи подключен между выходным контактом и землей (GND) для деления выходного напряжения (В OUT ) резисторами R F и R S для вывода результирующего напряжения (V FB ) на усилитель ошибки.
Резистор обратной связи необходим для вывода напряжения, полученного (V FB ) в результате деления выходного напряжения (V OUT ) на требуемое напряжение на усилитель ошибки. Даже если критерий (V REF ) стабилен, усилитель ошибки не сможет дать правильную оценку, если он не сможет правильно распознать состояние выходного напряжения (V ФБ ).
4.
