Regulatoare Automate

Argument

Reglarea automată este acel ansamblu de operaţii îndeplinit automat prin care o mărime fizică este menţinuta la o valoare prescrisă, constantă fie își modifică valoarea la intervale de timp date, conform unui anumit program.

Plecând de la condiţiile progresului tehnico - ştiinţific de automatizare a proceselor de producţie și uşurarea cât mai mult a activităţii umane ajungem la concluzia necesitaţii reglării automate a proceselor industriale și nu numai.

Pentru instalaţiile industriale aplicarea reglării automate are o importanţă deosebită. Spre exemplu funcţionarea centralelor electrice , unde toate procesele tehnologice se intercondiţionează, este necesara menţinerea în permanenţă a anumitor parametri la valori constante sau variaţia lor între anumite limite. Toate acestea se fac prin reglare automată.

Am realizat tema regulatoare automate conform cerinţelor cuprinsului în doua părţi :

• Prima parte tratează noţiuni generale, mărimi caracteristice, elemente componente, scheme funcţionale și figuri explicative despre regulatoarele automate. De asemenea în aceasta parte sunt clasificate regulatoarele automate după caracteristicile constructive agentul purtător de semnal, viteza de răspuns, etc.

• Partea a doua cuprinde noţiuni de detaliu despre regulatoarele cu acţionare continuă: liniare, proporţionale, integratoare și derivate.

Pentru a exemplifica rolul regulatorului automat în anumite instalaţii tehnologice am descris un tip de regulator proporţional hidraulic care menţine presiunea la parametrii nominali într-o conductă de alimentare.

Elementul de execuţie cu ajutorul căruia este menţinută la valoarea prescrisa presiunea în conductă este format dintr-un cilindru în interiorul căruia culisează un pistonaşi închizând și deschizând o clapeta fixate în conducta de alimentare. Regulatorul proporţional hidraulic reglează în acest fel presiunea fluidului .

Capitolul 1 Generalităţi

Regulatorul automat are rolul de a prelua operaţional semnalul de eroare, (obţinut în urma comparaţiei liniar-aditive a mărimii de intrare r si a mărimii de reacţie y r , în elementul de comparaţie) și de a elabora la ieşire un semnal de comandă u pentru elementul de execuţie, figura 1.

Informaţiile curente asupra desfăşurării procesului tehnologic se obţin cu ajutorul traductorului de reacţie si sunt prelucrate de regulatorul automat în conformitate cu o anumita lege care defineşte algoritmul de reglare automată. Algoritmii de reglare (legile de reglare) convenţionali, utilizaţi frecvent în reglarea proceselor 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.

Chiar și în cadrul aceleiaşi categorii constructive se pot realiza variante diferite, fiecare soluţie oferind anumite avantaje din punct de vedere al preciziei de realizare a legii de reglare, a preţului, a siguranţei în funcţionare și a flexibilităţii în exploatare.

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 operaţionale (figura 2).

Daca factorul de amplificare K A al blocului amplificator este suficient de mare, comportarea intrare-ieşire a regulatorului este determinata numai de elementele și structura circuitului de reacţie operaţionala conform relaţiei:

Folosirea unor canale separate pentru prelucrarea operaţionala a semnalelor de eroare elimină complet toate dificultăţile aferente inter influenţei, asigurând realizarea funcţiei de transfer (a regulatorului PID) cu un grad de interdependenţă q = 0 și o independenţă totală a acordării parametrilor K R , T i , T d . O astfel de soluţie este prezentată în figura 3.

Varianta din figura 3. este caracterizată de un preţ de cost mai ridicat, determinat de utilizarea a trei amplificatoare operaţionale (faţa de unul singur în schema din figura 2.), dar avantajele funcţionale pe care le prezintă îi oferă perspective largi de utilizare în realizarea regulatoarelor moderne. Realizarea legii de reglare PID în cadrul sistemelor de stabilizare automată (r = const.) se face cu ajutorul unui regulator de tip PI (care are o construcţie mai simpla) și a unui bloc de tip PD, instalat pe calea de reacţie, figura 4.

O categorie mai importantă de regulatoare care se dezvoltă în prezent sunt regulatoarele cu reacţie după stare. Utilizarea descrierii matematice intrare – stare - ieşire oferă informaţii complete asupra comportării dinamice a sistemului în ansamblul sau și permite, prin utilizarea ca mărimi de reacţie a mărimilor de stare, realizarea unor soluţii mult mai avantajoase de reglare a proceselor, folosind pentru aceasta regulatoare cu elemente proporţionale.

Pentru obţinerea unor performanţe superioare, legate de satisfacerea atât a regimului staţionar, cât și a regimului tranzitoriu, este indicată combinarea reglării după stare cu reglarea după ieşire, figura 5. Estimatorul de stare ES primeşte mărimile u și y și elaborează starea estimată, 1 care se utilizează în regulatorul automat ca mărime de reacţie.

Reglarea combinata după ieşire și stare asigura obţinerea unor erori staţionare nule pentru variaţii treapta ale mărimii de referinţa si ale perturbaţiei.