Generalitati regulatoare

Generalitati regulatoare

Regulatorul automat are rolul de a prelua operational semnalul de eroare, (obtinut in urma comparatiei liniar-aditive a marimii de intrare r si a marimii de reactie y r , in elementul de comparatie) și de a elabora la iesire un semnal de comanda u pentru elementul de executie, figura 1.

Informatiile curente asupra desfasurarii procesului tehnologic se obtin cu ajutorul traductorului de reactie si sunt prelucrate de regulatorul automat in conformitate cu o anumita lege care defineste algoritmul de reglare automata. Algoritmii de reglare (legile de reglare) conventionali, utilizati frecvent in reglarea proceselor tehnologice sunt de tip proportional-integral-derivativ (PID).

Fig. 1 Regulator automat

Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realiza printr-o varietate destul de larga a constructiei regulatorului, ca regulator electronic, pneumatic, hidraulic sau mixt.

Chiar și in cadrul aceleiasi categorii constructive se pot realiza variante diferite, fiecare solutie oferind anumite avantaje din punct de vedere al preciziei de realizare a legii de reglare, a pretului, a sigurantei in functionare și a flexibilitatii in exploatare.

Legile de reglare clasice (de tip P, PI, PID) se realizeaza in cadrul regulatoarelor cu actiune continua cu ajutorul circuitelor operationale cu elemente pasive, instalate pe calea de reactie a unor amplificatoare operationale (figura 2).

Daca factorul de amplificare K A al blocului amplificator este suficient de mare, comportarea intrare-iesire a regulatorului este determinata numai de elementele și structura circuitului de reactie operationala conform relatiei:

Folosirea unor canale separate pentru prelucrarea operationala a semnalelor de eroare elimina complet toate dificultatile aferente inter influentei, asigurand realizarea functiei de transfer (a regulatorului PID) cu un grad de interdependenta q = 0 și o independenta totala a acordarii parametrilor K R , T i , T d . O astfel de solutie este prezentata in figura 3.

Varianta din figura 3. este caracterizata de un pret de cost mai ridicat, determinat de utilizarea a trei amplificatoare operationale (fata de unul singur in schema din figura 2.), dar avantajele functionale pe care le prezinta ii ofera perspective largi de utilizare in realizarea regulatoarelor moderne. Realizarea legii de reglare PID in cadrul sistemelor de stabilizare automata (r = const.) se face cu ajutorul unui regulator de tip PI (care are o constructie mai simpla) și a unui bloc de tip PD, instalat pe calea de reactie, figura 4.

O categorie mai importanta de regulatoare care se dezvolta in prezent sunt regulatoarele cu reactie dupa stare. Utilizarea descrierii matematice intrare - stare - iesire ofera informatii complete asupra comportarii dinamice a sistemului in ansamblul sau și permite, prin utilizarea ca marimi de reactie a marimilor de stare, realizarea unor solutii mult mai avantajoase de reglare a proceselor, folosind pentru aceasta regulatoare cu elemente proportionale.

Pentru obtinerea unor performante superioare, legate de satisfacerea atat a regimului stationar, cat și a regimului tranzitoriu, este indicata combinarea reglarii dupa stare cu reglarea dupa iesire, figura 5.

Fig. 5 Estimatorul de stare ES

Estimatorul de stare ES primeste marimile u și y și elaboreaza starea estimata, 1 care se utilizeaza in regulatorul automat ca marime de reactie.

Reglarea combinata dupa iesire și stare asigura obtinerea unor erori stationare nule pentru variatii treapta ale marimii de referinta si ale perturbatiei.

2. Structura regulatoarelor automate - electronice.

Blocul regulator este alcatuit din mai multe parti componente interconectate functional, care permit realizarea atat a legii de reglare propriu-zise (exprimata analitic prin dependenta dintre marimea de iesire și marimea de intrare), cat și a unor functii auxiliare de indicare, semnalizare a depasirii valorii normale pentru anumite marimi, desaturare, trecere automat - manual etc.

In figura 6., se prezinta structura blocului regulator, tipica pentru marea majoritate a regulatoarelor industriale.

Fig. 6 Structura blocului regulator

3. Constructia regulatoarelor automate electronice

Regulatoarele electronice sunt realizate intr-o diversitate larga de tipuri constructive și functionale, ca regulatoare unificate și, mai rar, ca regulatoare specializate.

Varianta unificata prezinta avantaje esentiale printre care mentionam: permite o mare elasticitate in realizarea celor mai complexe scheme, cu un numar mic de blocuri componente interschimbabile, conduce la o tipizare și uniformizare a panourilor de automatizare, deci și la reducerea pretului și la imbunatatirea conditiilor de exploatare, asigura posibilitati sporite pentru o productie de serie.

Constructia regulatoarelor electronice difera in functie de utilizarea lor pentru reglarea proceselor rapide sau lente, unde trebuie sa asigure constante de timp compatibile cu dinamica procesului. Daca pentru reglarea proceselor rapide constantele de timp se obtin relativ usor și cu precizie corespunzatoare, pentru procesele lente dificultatile sunt mult mai mari.

La noi in tara au fost realizate sistemele UNIDIN destinate reglarii proceselor rapide, iar pentru procese lente sistemul unificat e bazat pe principiul modularii și demodularii și sistemul SEROM, cu circuite integrate, avand semnale unificate multiple in tensiune și curent.
Utilizarea circuitelor digitale integrate pe scara medie și pe scara larga a condus la perfectionarea regulatoarelor numerice și la realizarea sistemelor numerice de reglare folosite in cadrul sistemelor ierarhizate de automatizare.

In cadrul regulatoarelor electronice realizate cu circuite integrate (care reprezinta conceptia actuala de implementare a legilor de reglare), problemele rezistentei la intrare, ale valorii constantelor de timp, ale amplificarii și ale derivei nulului sunt strans legate intre ele și reprezinta unele din problemele principale ale constructiei acestor regulatoare.