Пневматические регуляторы

Обычно регуляторы, построенные на базе измерительных при­боров, имеют задатчик, регулирующее и регистрирующее уст­ройства. Поэтому такие регуляторы иногда называют регулято­рами приборного типа. Достоинства этих регуляторов состоят в том, что функции контроля и регулирования объединены в од­ном приборе, что упрощает конструкцию, монтаж и эксплуата­цию. Как уже отмечалось ранее, недостатком таких регуляторов являются большие габаритные размеры и невозможность реали­зации многоконтурных систем регулирования. Однако иногда регуляторы рассматриваемого типа могут быть использованы как корректирующие устройства и в многоконтурных системах автоматического управления.

Регулято­р приборного типа

С помощью этих регуляторов могут быть реализованы пропорциональный и пропорционально-интегральный за­коны регулирования. Чаще всего они являются регуляторами давления, уровня и температуры.

Рассмотрим реализацию принципа компенсации перемещений на примере пропорционального регулятора - П-регулятора.

Схема простейшего П-регулятора, работающего по принципу компенсации перемещений, показана на рис. 7.32.

Рис. 7.32. Схема П-регулятора

1 – сильфон, 2 - рычаг-заслонка, 3 - сильфон отрица­тельной обратной связи,4 - пнев­матический усилитель, 5 - постоянный дроссель

Регу­лятор является усилителем, работа которого основана на прин­ципе компенсации пере­мещений. Входное давле­ние р₁ преобразуется сильфоном в перемеще­ние x₁. Жесткий центр сильфона шарнирно сое­динен с одним из концов рычага-заслонки,управ­ляющего сопломпнев­матического усилителя. К постоянному дросселюусилителя подведено давление питания p₀. К выходу пневматического усилителя подключен делитель давлений, состоящий из двух дросселей α и β. Давление р_ос вмеждроссельной камере делителя заведено в сильфон отрица­тельной обратной связи,жесткий центр которого шарнирно соединен с другим концом рычага-заслонки.

При увеличении давления р₁ рычаг-заслонкаприближается к соплу усилителя,и давле­ние р увеличивается. Одновременно увеличивается давление отрицательной обратной связи р_ос.Жесткий центр сильфона отрицательной обратной связиподнимается и отводит заслонку от сопла. Давление на выходе p уменьшается.

Смещение заслонки относительно сопла на не­сколько сотых долей миллиметра обеспечивает полный набор или сброс давления в междроссельной камере. Поэтому суммар­ное перемещение h заслонки относительно сопла в процессе ра­боты меняется незначительно.

Схема перемещения заслонки-рычага относительно сопла приведена на рис. 7.33.

Рис. 7.33. Схема перемещения заслонки-рычага относительно сопла

В соответствии с этой схемой можно записать, что

h= h₁ - h₂ = φb-γa,

вместе с тем из рассмотрения треугольников следует, что

x₁=(a+b) φ,

х₂=(a+b) γ,

поэтому

.

Так как h очень мало, то можно принять его равным нулю и записать

x₁b=х₂а.

С другой стороны,

х₁=k₁ p₁,

х₂=k₂ p_ос.

Подставляя эти ра­венства в последнее уравнение, получим

k₁ b p₁ = k₂ a p_ос.

Если предположить, что дроссели делителя линейны, то его уравнение можно записать в виде

Α (p-p_ос) = β p_ос,

откуда

.

Используя последнее равенство, оконча­тельно получим следующее выражение для выходного давления:

.

Принцип компенсации перемещений лежит также в основе действия ПИД-регулятора, реализующего пропорционально-интегрально-дифференциальный закон регулирования. Его схема приведена на рис. 7.34.

Задачей ПИД-регулятора является формирование выходного давления в виде

,

где T_i – постоянная интегрирования, T_d - постоянная дифференцирования. Этот закон позволяет отработать сигнал рассогласования с высокой стабильностью и скоростью при устранении установившейся ошибки.

Входное перемещение рычага-заслонки формируют давления в сильфонах текущего значения регулируемой величины и уставки.

Рис. 7.34. Схема пневматического ПИД-регулятора

1 – сильфон уставки, 2 – сильфон текущего значения регулируемой величины, 3 - рычаг-заслонка, 4 – ось рычага- заслонки, 5 – датчик сопло-заслонка, 6 – пневмоусилитель, 7 - сильфон отрица­тельной обратной связи,8 - сильфон интегральной обратной связи,T_d - дифференцирующий дроссель, T_i - интегрирующий дроссель

Полученный сигнал рассогласования измеряется датчиком сопло-заслонка, усиливается пневмоусилителем и поступает в сильфон отрица­тельной обратной связи и сильфон интегральной обратной связи через соответствующие дроссели с заранее настроенными величинами сопротивлений.

Из приведенной схемы легко получить структуры ПД-регулятора и ПИ-регулятора.