Краткие теоретические сведения. Технологический факультет

Технологический факультет

Кафедра процессов и аппаратов перерабатывающих производств.

Андреев В.К.

Системы управления технологическими процессами

И информационные технологии

Лабораторная работа № 4

Расчет статических характеристик элемента сравнения

Москва 2013 г.

Цель работы: ознакомление с устройством, работой и рассчитать статические характеристики элемента сравнения, построенного на основе мостовой схемы, а также рассчитать выходной сигнал элемента сравнения при подключении к нему различного типа первичных преобразователей температуры.

Краткие теоретические сведения

В теории автоматического управления элемент системы обозначается в виде прямоугольника на котором показаны стрелками входной и выходной параметры (рис. 1). Под статической характеристикой понимается зависимость выходного параметра элемента от входного параметра.

Рис. 1. Изображение элемента автоматики.

Системы автоматического регулирования (рис. 2) состоят из объекта управления и самой системы регулирования (ОУ). В систему регулирования входят первичный преобразователь (ПП), который преобразует управляемый параметр объекта управления в сигнал другой физической природы и направляет его на вход элемента сравнения. В элементе сравнения, поступивший от первичного преобразователя сигнал, сравнивается с заданным сигналом X_зд, сигналом обратной связи и поступает на усилительный элемент УЭ, в котором формируется закон управления преобразующим элементом ПЭ. Как правило, в преобразующем элементе находится элемент обратной связи. При поступлении сигнала от усилительного элемента преобразующий элемент изменяет положение элемента обратной связи и отдельных своих частей, которые изменяют положение регулирующего органа РО. Регулирующий оргн изменяет количественные характеристики технологического параметра. Элемент обратной связи изменяет параметры элемента сравнения таким образом, чтобы выходной сигнал элемента сравнения был равнее нулю. При этих условиях сигнал на выходе усилительного элемента становится равным нулю и преобразующий элемент прекращает воздействие на рабочие орган.

Рис. 2. Функциональная схема САР.

В функциональных схемах возможны следующие варианты изображения элемента сравнения (рис. 3). Выходной сигнал Y₃ элемента сравнения соответствует варианту включения элемента сравнения.

Рис. 3. Варианты изображения элемента сравнения.

Элементы сравнения могут работать на различных видах энергии: механической (рычажные, редукторные элементы сравнения); гидравлической или пневматической (клапана) и электрической (мостовые схемы, компараторы, дифференциальные усилители).

В настоящей работе рассматриваются электрические мостовые схемы, используемые в САР в качестве элементов сравнения.

Мостовая схема, используемая в САР в качестве элемента сравнения приведена на рис. 4.

Рис. 4. Мостовая схема.

Участки схемы R1R4 и R2R3 называют плечами моста. Электрический ток, возникающий в диагонали моста, определяется следующим условием (4.1):

(4.1)

При выполнении условия равенства сопротивлений противоположных плеч моста, ток в диагонали моста будет равен нулю (4.2). Это условие называется условием баланса мостовой схемы.

(4.2)

Как правило, вместо сопротивления R1, в мостовую схему включают первичный преобразователь, который преобразует изменение технологического параметра (температуру, влажность и т.д.) в изменение электрического сигнала в виде сопротивления. Тогда, поскольку сопротивление первичного преобразователя зависит от технологического параметра (например, от температуры R1=f(Q)), то ток диагонали моста тоже будет функционально зависеть от технологического параметра I=f(Q).

В противоположное плечо моста вместо сопротивления R4 включают сопротивления обратной связи, встроенного в преобразующий элемент САР. Вместо постоянного сопротивления R2 включается переменный резистор, который выполняет функции задатчика технологического параметра, т. е. обеспечивает баланс мостовой схемы при заданном технологическом условии. Мостовая схема в этом случае будет иметь вид, изображенный на рис. 5.

Рис. 5. Схема элемента сравнения, с включением сопротивления первичного преобразователя, сопротивления обратной связи и сопротивления задатчика.