Sisteme de reglare automata

Notiuni generale.

Cele mai utilizate sisteme automate si care fac obiectul acestei parti a lucrarii sunt sistemele de reglare automata. Schema bloc alementara a unui SRA este cea de mai jos:

Semnificatia notatiilor este urmatoarea:

- EI - element de impunere ce furnizeaza marimea de intrare, care este un scalar de data aceasta. Aceasta marime va fi notata u_ref(t) si o vom numi marime de referinta; este un semnal proportional cu valoarea dorita (prescrisa), y_p(t),a marimii reglate:

u_ref(t) ~ y_p(t)

-Tr - traductor sau traductor de reactie; el ofera la iesire un semnal, y_r(t), numit marime de reactie. Aceasta este proportionala cu valoare instantanee a marimii reglate y:

y_r(t)~y(t)

- EC - element de comparatie; acesta da la iesirea sa semnalul numit eroare:

= u_ref(t)-y_r(t) ~ y_p(t)-y(t)

unde y_p(t)-y(t) = abaterea iesirii fata de valoarea prescrisa.

-R - regulator automat; joaca rolul operatorului uman in functia de reglare, deci inlocuieste operatorul uman.

Regulatorul R elaboreaza comanda u_c in functie de eroarea astfel incat marimea de iesire sa fie permanent adusa la valoarea prescrisa.

Marimea de comanda u_c este un semnal de putere neglijabila. Acest semnal nu este capabil sa determine modificarea pozitiei organelor de reglare. Din acest motiv se introduce un element distinct numit element de executie EE. El genereaza marimea de executie u_m(t) proportionala cu marimea de comanda u_c(t).

u_m(t)~u_c(t)

EE realizeaza o amplificare in putere astfel incat pozitiile organelor de reglare caracterizate de variabila u_m(t) sa evolueze in acelasi mod ca variabila de comanda u_c(t).

In schema SRA, marimi exogene (adica ce vin din exterior) sunt:

- referinta u_ref(t);

- perturbatia u_p(t).

7.2 Clasificarea SRA

Exista mai multe criterii de clasificare a SRA.

A. Dupa modul de evolutie in timp a marimii de referinta

a) Sisteme de stabilizare automata, pentru care

u_ref(t)=ct.

EI este in acest caz un ER - element de referinta.

Sistemul reactioneaza numai la perturbatii (u_p(t)). In general sunt cele mai raspandite sisteme, in sensul dinamicii buclei cu reactie negativa.

b) Sisteme de reglare cu program

In aces caz, u_ref(t) are o evolutie prestabilita si SRA reactioneaza la ambele marimi exogene.

c) Sisteme de urmarire

La aceste sisteme, u_ref(t) are o evolutie aleatoare. Exista doua cazuri remarcabile de sisteme de urmarire

c₁) regulatoare de raport.

Exemplu: Fie un cuptor industrial ce functioneaza cu gaz. Raportul dintre debitul de gaz si aer trebuie sa fie constant, pentru a se asigura o ardere completa:

De aceea, se foloseste un sistem de urmarire care are ca iesire debitul de aer si ca marime de referinta debitul de gaz. El va mentine constant raportul celor doua debite.

Aceste sisteme se numesc regulatoare de raport si sunt, deci, sisteme de urmarire ce mentin constant raportul a doua marimi fizice.

c₂) Servomecanismele - sunt sisteme de urmarire la care marimea de iesire este o deplasare. Ele au in componenta un motor care da deplasarea si se utilizeaza, de regula, ca elemente de executie in structura buclelor de reglare automata.

B. Dupa modul de reprezentare a informatiei in regulator

a)      SRA analogice - toate semnalele din structura SRA sunt anaogice

b)      SRA numeric. Structura SRA, in acest caz, este:

Remacam ca o parte a SRA este implementata pe un microcalculator . Este vorba de partea numerica. Aceasta are doua interfete cu restul SRA:

- interfata de proces; realizeza interfata cu partea analogica a SRA. Un convertor analog-numeric (digital), converteste iesirea traductorului in valoare numerica reprzentabila in calculator;

- interfata de operator, notata IO in schema de mai sus, care joaca si rolul de element de impunere.

C. Dupa numarul marimilor reglate

a)      SRA monovariabile, caz in care exista o singura marime de iesire

b)      SRA multivariabile, cand exista mai multe iesiri si mai multe intrari.

In schemele de mai jos, se considera SRA cu doua intrari si doua marimi de iesire.

Pentru SRA multivariabile, exista doua abordari.

O prima abordare a SRA multivariabile este cea monovariabila

Cele doua bucle sunt prevazute cu cate un regulator, ca si cum nu ar exista interactiuni pe canalele u_m1‑y₂ si u_m2- y₁. O modificare a referintei unui canal modifica, insa, si valoarea iesirii celuilalt canal.

Deci, in abordarea monovariabila cele 2 bucle nu functioneaza independent ci se perturba reciproc prin interactiunile u_m1-y₂ si u_m2-y₁.

In abordare multivariabila, introducerea unor regulatoare suplimentare permite eliminarea acestor influente.

In schema de reglare multivariabila, modificarea referintei u_ref1 produce evolutia marimii de iesire y₁ la noua valoare prescrisa, fara a fi afectata marimea y₂. Deci y₁ si y₂ pot evolua independent. Spunem ca reglarea multivariabila realizeaza decuplarea iesirilor SRA.

D. Dupa distributia spatiala a marimii reglate

a) SRA cu parametri concentrati

b) SRA cu parametri distribuiti.

Caracterul dinamic al SRA implica, oricum, o variatie a marimii de iesire in timp

Diferenta dintre cele doua tipuri rezida in faptul ca marimea de iesire nu are sau, respectiv, are o variatie pe una sau mai multe coordonate temporale.

Exemplu: Fie un cuptor in care incalzim un semifabricat sub forma de placa metalica. Intereseaza temepratura placii metalice. Daca examinam evolutia temperaturii in timp si la suprafata placii metalice, obtinem evolutia de mai jos:

Daca vom considera ca incalzirea se produce uniform in toata masa metalului si ca, deci, orice punct de pe axa Ox, cu 0£x£L, are aceeasi temperatura ca si suprafata placii, avem un sistem cu parametrii concentrati (ca si cum masa metalului ar fi concentrata intr-un singur punct). Semifabricatul este similar unui obiect ideal cu masa concentrata intr-un singur punct.

In realitate, temperatura depinde de coordonata spatiala x, ca mai jos:

La orice moment, intereseaza distributia spatiala a temepraturii q(x,t).

Pentru SRA cu parametrii distribuiti, exista modele matematice complexe bazate pe ecuatii diferentiale cu derivate partiale.

Pentru exemplul de mai sus, privind cuptorul ce incalzeste semifabricatul, de obicei, marimea reglata este temperatura din cuptor, iar marimea de executie este debitul de combustibil la arzator:

unde:

Mc=debitul masic de combustibil,

q_I= temperatura din cuptor;

z=q(x,t), distributia de temperatura din placa metalica

Marimea z este o marime interna SRA, deci o marime de stare cu semnificatia unei marimi de calitate. Aceasta situatie are un carcter general, marimi de interes fiind "interne" procesului si nemasurabile.