Notiuni generale despre sistemele de reglare automata

NOTIUNI GENERALE DESPRE SISTEMELE DE REGLARE AUTOMATA

1.1  . DEFINITIA PROCESULUI DE REGLARE AUTOMATA

Reglarea automata este acel ansamblu de operatii, indeplinit automat, prin care o marime fizica este fie mentinuta la o valoare prescrisa, constanta – numita consemn sau program fix – fie isi modifica valoarea la intervale de timp date, conform unui anumit program, luand astfel o succesiune de valori prescrise (dinainte stabilite).

In cadrul reglarii automate se efectueaza o comparatie prin diferenta a valorii masurate a unei marimi din procesul reglat, cu valoarea de consemn (sau program) si se actioneaza asupra procesului  sau instalatiei automatizate, astfel incat sa se obtina anularea acestei diferente (sau abateri), intr–un interval de timp acceptabil de la producerea acesteia

1.2. MARIMI CARACTERISTICE PENTRU REGLAREA AUTOMATA

Pentru instalatiile tehnologice si procesele industriale, aplicarea reglarii are o importanta deosebita. De exemplu, functionarea masinilor cu abur, a turbinelor, a motoarelor cu ardere interna etc. este direct legata de reglarea turatiei, a presiunii si debitului agentului motor (abur, gaz, apa etc.), a temperaturii, a ungerii s.a.; pentru functionarea generatoarelor sincrone cu tensiune constanta la borne trebuie modificata in mod corespunzator excitatia etc.

In cazul oricarei reglari se deosebesc mai multe marimi caracteristice:

marimea reglata,

marimea de executie,

marimea perturbatoare (sau perturbatiile).

Marimea reglata este marimea care trebuie mentinuta la valoarea prescrisa. Marimi reglate sunt, de exemplu, frecventa, turatia, tensiunea, puterea electrica, presiunea, temperatura, debitul, nivelul dintr-un rezervor etc.

Marimea de executie este marimea obtinuta la iesirea elementului de executie al instalatiei de reglare si cu ajutorul careia se poate influenta marimea reglata, pentru a o aduce la valoarea dorita (de consemn sau program ).

De exemplu, daca se urmareste mentinerea constanta a turatiei unui motor electric de curent continuu, pentru variatia turatiei in sensul dorit se variaza curentul de excitatie al motorului. Deci, marimea reglata este, in acest caz, turatia, iar marimea de executie este curentul de excitatie al motorului.

Pentru mentinerea constanta a tensiunii la bornele unui generator sincron se variaza corespunzator tensiunea de excitatie; marimea reglata este tensiunea la borne; iar marimea de executie este tensiunea (sau curentul) de excitatie. In scopul reglarii automate a temperaturii gazelor de ardere intr-un focar se variaza debitul de aer de ardere, cand debitul de combustibil ramane constant.

Marimea perturbatoare sau perturbatiile sunt influentele externe (sau interne) care sunt cauzate de abaterile valorilor instantanee ale marimii reglate de la valoarea prescrisa (sau consemn).

La reglarea unei anumite marimi se exercita influenta uneia sau a mai multor marimi perturbatoare. Astfel, in cazul reglarii turatiei motorului de curent continuu se exercita influenta unor perturbatii diferite :

- tensiunea variabila de alimentare a motorului;

- varitia cuplului de sarcina cerut de masina de lucru antrenata de motorul respectiv;

- variatia rezistentei electrice a bobinajelor cu temperatura.

De regula, efectul influentei uneia dintre marimile perturbatoare este predominant si poate fi preliminat; aceasta perturbatie este considerata perturbatie principala si actiunea de reglare se manifesta in sensul eliminarii abaterii marimii reglate de la valoarea prescrisa sub influenta perturbatiei principale (sau dominante).

Schema bloc a obiectului reglarii in general

(instalatia sau procesul tehnologic supuse reglarii)

La intrarea obiectului reglarii (OR), reprezentat simbolic printr-un dreptunghi, se aplica marimea de executie m; la iesire, rezulta marimea reglata y. Din exterior se exercita actiunea unor marimi perturbatoare P₁,P₂,…,P_n, dintre care urmeaza a fi selectata perturbatia principala P_p.

Instalatia de reglare automata cuprinde :

elementul de masurare EM,

elementul de comparative EC,

REFERAT: Ce sa faceti inainte de inundatie? REFERAT: Executarea si receptionarea ancorajelor metalice tip inel-con si dorn

regulatorul automat RA,

elementul de executie EE.

OR – obiectul reglarii (instalatia tehnologica IT, procesul tehnologic PT);

m – marimea de executie;

y – marimea reglata;

P₁, P₂,…,P_n – marimi perturbatoare (perturbatii).

1.3. SCHEMA FUNCTIONALA A UNUI S.R.A.

Schema functionala a unui sistem de reglare automata este acea schema, in care care se indica elementele componente ale sistemului de reglare automata (SRA), destinatia lor si legaturile functionale intre ele, in succesiunea data de circulatia ( fluxul ) semnalului ( informatiei) prin elementele SRA.

Elementele unui sistem de reglare automata sunt reprezentate in schema functionala prin blocuri functionale, figurate prin dreptunghiuri, in care se inscriu  simbolurile corespunzatoare (RA , EE etc.).

Schema functionala a unui sistem de reglare automata contine :

legatura directa sau principala, care inglobeaza toate       elementele cuprinse intre elementul de comparatie EC si iesirea instalatiei automatizate;

legatura inversa sau secundara, numita deseori “cale de reactie”, care cuprinde elementele situate intre iesirea instalatiei automatizate si elementul de comparatie EC.

Impreuna, cele doua legaturi (directa si inversa) alcatuiesc un

circuit de reglare automata sau o bucla de reglare .

Transmiterea semnalului ( sau informatiei ) se face in sens unic, de la intrare spre iesirea SRA pe legatura directa si de la iesire spre intrarea SRA pe legatura inversa.

De asemenea, pentru fiecare element din schema, semnalul circula in

sens unic, de la intrarea elementului la iesirea acestuia. In acest fel, pentru fiecare bloc se stabileste o dependenta stricta a marimii de la iesire de variatia marimii de la intrarea elementului respectiv .

EC – elementul de comparatie (comparator diferential);

RA – regulator automat;

EE – element de executie;

EM – element de masurare (traductor de reactie T_rR);

IA – instalatie automatizata.

1.4. CLASIFICAREA SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATA

Sistemele de reglare automata se pot clasifica in functie de felul variatiei marimii de la intrare, in functie de viteza de variatie a marimii reglate (sau viteza de raspuns), in functie de numarul marimilor reglate, dupa tipul actiunii regulatorului automat si in functie de numarul buclelor de reglare ale schemei SRA.

I. In functie de aspectul variatiei in timp a marimii de intrare i (deci dupa variatia in timp impusa marimii de iesire y ) se deosebesc :

- sisteme de stabilizare automata (cand I = ct – de exemplu, mentinerea constanta a unui parametru); acestea se mai numesc SRA cu consemn constant sau cu program fix ;

- sisteme de reglare automata cu program variabil ( cand i variaza in timp dupa o lege prestabilita – de exemplu, la cuptoarele industriale pentru tratamente termice); acestea se mai numesc SRA cu consemn programat;

- sisteme de reglare automata de urmarire (cand i variaza in functie de un parametru din afara SRA, legea de variatie in timp a acestui parametru nefiind cunoscuta dinainte); marimea de la iesirea y urmareste variatia lui i, oricare ar fi aceasta.

II. In functie de viteza de raspuns a obiectului reglarii la un semnal aplicat la intrare se deosebesc :

- SRA pentru procese lente (cele mai raspandite, instalatii sau procese tehnologice industriale, caracterizandu-se printr-o anumita inertie) ;

- SRA pentru procese rapide, cum sunt sistemele de reglare automata aplicate masinilor si actionarilor electrice (de exemplu, reglarea turatiei motoarelor, reglarea tensiunii generatoarelor ).

III. Dupa numarul marimilor reglate, se deosebesc :

- SRA cu o singura marime reglata (sau SRA conventionale );

- SRA cu mai multe marimi reglate simultan ( SRA multivariabile ).

IV. Dupa tipul actiunii regulatorului automat, se deosebesc :

- SRA cu actiune continua, la care marimea de iesire a fiecarui

element component al sistemului este o functie continua de marimea sa de intrare. Aceste SRA contin, fie regulatoare liniare, la care dependenta este liniara, fie regulatoare neliniare, la care dependenta este neliniara ;

- SRA cu actiune discontinua (discreta), la care marimea de la iesirea regulatorului RA este reprezentata de o succesiune de impulsuri de reglare, fie modulate in amplitudine sau durata (cazul regulatoarelor cu impulsuri), fie codificate (cazul regulatoarelor numerice).

V. In functie de numarul buclelor de reglare, se deosebesc :

- SRA cu o bucla de reglare (sau cu un singur regulator automat );

- SRA cu mai multe bucle de reglare (sau cu mai multe regulatoare automate).

SRA cu mai multe bucle de reglare pot fi sisteme de reglare in cascada, care cuprind mai multe regulatoare automate, cu ajutorul carora, pe langa marimea de iesire y, sunt reglate si alte marimi intermediare din cuprinsul instalatiei sau procesului reglat si sisteme de reglare combinata, in care, pe langa regulatorul automat principal se vad mai multe regulatoare suplimentare, care intra in functiune numai la aparitia anumitor actiuni perturbatoare, conform unui program prestabilit.

1.5. PERFORMANTELE

SISTEMELOR DE REGLARE AUTOMATA

Se pot defini urmatoarele performante ( sau indici de calitate ) ce caracterizeaza buna functionare a unui sistem de reglare automata :

eroarea stationara;

suprareglarea;

gradul de amortizare;

durata regimului tranzitoriu si timpul primului maxim;

stabilitatea raspunsului SRA.

In acest fel nu mai este absolut necesara cunoasterea raspunsului complet al unui SRA (variatiei la iesire) in orice moment, de la t = 0, la t = 8, ci este suficient sa se determine acesti indici de calitate sau performanta si sa se cerceteze daca se incadreaza in limite ce caracterizeaza buna functionare a unui SRA.

Acesti indici de calitate au valori extreme (minime sau maxime), impuse la alegerea sau proiectarea instalatiilor de reglare automata, pentru a conduce la o functionare optima a SRA, de exemplu:

etc.

In figura de mai jos este reprezentat raspunsul (variatia la iesire) unui SRA, avand la intrare o variatie tip treapta unitara (in salt), cu indicarea principalelor performante (indici de calitate ai reglarii automate).

Din punctul de vedere al stabilitatii se deosebesc:

- SRA la care se poate realiza un regim stationar, intr-un interval de timp acceptabil, masurat din momentul producerii variatiei la intrare si care se numesc sisteme stabile ;

- SRA la care raspunsul sau marimea de iesire y(t) are o variatie care nu este controlata de variatia marimii de intrare sau sistemele de reglare la care marimea de iesire fie ca executa oscilatii autointretinute in jurul unei valori stationare y_st, fie ca se departeaza continuu de aceasta, care se numesc sisteme instabile.

Evident, stabilitatea unui SRA reprezinta stabilitatea regimului dinamic (sau tranzitoriu ) al acestuia. Se mai poate spune ca un sistem de reglare automata este stabil daca, dupa ce sub actiunea unei variatii la intrare sau a unei perturbatii externe transferata la intrarea sa isi paraseste starea de echilibru stabil, el tinde sa revina intr-un nou regim stationar o data cu variatia la intrare sau perturbatia inceteaza sa-l mai influenteze; in SRA stabile, o variatie la intrare sau o perturbatie externa, momentane si limitate ( finite in timp ), genereaza un raspuns tranzitoriu amortizat.

Stabilitatea unui SRA este determinata de :

- stabilitatea proprie a obiectului reglarii (instalatiei sau procesului tehnologic reglat);

- stabilitatea regulatorului automat (a dispozitivului de automatizare care asigura reglarea automata).

Obiectul reglarii este, in general, stabil prin insasi natura sa pentru ca instalatia sa functioneze sau procesul sa se desfasoare normal si fara interventia regulatorului automat. Se poate spune ca obiectul reglarii se bucura de asa numita stabilitate proprie sau autostabilitate.

Regulatoarele automate, in general construite in vederea unei functionari stabile, pot deveni instabile la anumite valori ale parametrilor de acordare, influentand negativ stabilitatea SRA in ansamblu.

De aceea, in domeniul automatizarilor notiunea de stabilitate, respectiv de instabilitate, se refera la ansamblul sistemului de reglare (regulator + obiectul reglarii automate).

Exista o serie de criterii (algebrice, grafice sau grafo-analitice), care permit sa se determine, cu suficienta precizie, stabilitatea sau instabilitatea unui SRA.

Desigur, stabilitatea regimului dinamic este o conditie indispensabila pentru functionarea performanta a unui sistem de reglare automata.