219831167 Sisteme de Reglare Automata Sisteme de Automatizari 2014

Sisteme de reglare automat

Generaliti

Un sistem poate fi considerat un ansamblu de elemente aflate n interaciune. Oricrui fenomen

i se poate asocia un sistem. Diferena dintre fenomenul real i sistemul asociat o dau modul de

definire ai parametrilor caracteristici fenomenului respectiv. Sistemul asociat mai poart numele

de model cu anumii parametrii, iar operaia modelare (de cele mai multe ori matematic).

Deoarece se ncearc definirea fenomenului prin intermediul unor operatori matematici, apar

erori n estimarea evoluiei fenomenului respectiv. Pentru a obine o estimare cu grad mare de

precizie s-au introdus mecanisme i circuite care monitorizeaz parametrii sistemului i intervin

prin diferite instruciuni n analiza modelului pentru regelrea, meninerea sau modificarea major

a unor parametrii ce descriu evoluia acestuia. Procedurile respective se numesc mecanisme de

control, iar teoreticienii au numit tiina care studiaz aceste lucruri teoria controlului.

Ramura tiinei care se ocup cu studiul metodelor i mijloacelor prin intermediul crora se

asigur conducerea proceselor tehnice fr intervenia direct a operatorului se numete

automatic. Realizarea practic a conducerii proceselor tehnice se numete automatizare.

Conducerea proceselor se realizeaz pe baza principiilor: cu aciune dup cauz, efect sau mixt

cauz i efect.

n continuare sunt ilustrate schematic cele trei principii (n figurile de mai jos).

MC PC

Perturbaii

Program prescris

Cale direct -

comenzi

Calea de reacie - informaii

Mrime reglat

Fig. nr. 1 dup

cauz sau

perturbaie


2

Figura nr. 1 reprezint schema simplificat a principiului de conducere dup cauz (abatere

sau perturbaii), fig. 2 reprezint schema simplificat a principiului de conducere al aciunilor

combinate, iar fig. 3 reprezint principiul de conducere dup efect.

Pentru figura 1 pe calea de reacie circul informaii, pe calea direct circul comenzi. Pentru

fig. 2 pe cele doua ci de reacie circul informaii, iar pe calea direct circul comenzi. Pentru

fig. 3 pe calea direct circul comenzi, iar pe cea de reacie circul informaii.

Principiul aciunii dup efect se mai numete sistem de aciune dup abatere, se

prelucreaz informaia dup un program stabilit anterior i se execut comenzi asupra

procesului n vederea conducerii acestuia. Legturile stabilite n sistem sunt: legtura direct

prin care se transmit comenzi de la partea conductoare MC ctre partea condus PC;

legtura invers sau de reacie prin care se transmit informaii de la PC ctre Mcasigur

sistemului calitatea de autosesizare i autocorecie a erorilor proprii prin compararea cu o stare

de referin.

MC PC

Perturbaii

Calea direct

Calea de reacie

Program prescris Mrime reglat

Fig. nr. 3

dup efect

MC PC Program prescris Mrime reglat

Cale

direct

Calea de reacie 2

Calea de reacie 1

Fig. nr. 2

aciuni

combinate


3

Principiul aciunii dup cauz se mai numete principiul aciunii dup efect (cauz i efect).

Se urmrete prentmpinarea efectului nedorit al perturbaiei. Abaterea este presupus

aperiodic, din timp n timp (aperiodic) se face compararea datelor primite cu referina pentru

anihilarea erorilor. Nu exist circuit de reacie ntre PC i MC, acesta este un sistem

informaional deschis.

Principiul aciunilor combinate - se mai numete conducerea dup cauz i efect. Analiza

sistemului se face continuu: analiza sistemului informatiilor - se face dup cauz, iar

eliminarea perturbaiilor va fi fcut dupa efect.

Clasificarea sistemelor automate:

a) Dup principiul de funcionare i modul n care elementele sistemului automat sunt

interconectate avem: sisteme nchise cu aciune dup abatere i sisteme deschise cu

aciune dup perturbaie

b) Dup forma semnalelor purttoare de informaie sau comenzi avem: sisteme analogice

continue, sisteme digitale discontinue i sisteme hibride.

c) Dup caracterul reliilor dintre variabilele sistemului avem:sisteme liniare i sisteme

neliniare.

d) Dup gradul de adaptabilitate a structurii i funcionrii n condiii de lucru variate avem:

sisteme autoadaptive i sisteme cu acord fix.

Sisteme automate nchise

Sunt sisteme cu aciune dup abatere. Ofer sistemului calitaea de autodepistare i

autoreglare a propriilor erori. Dup funcia pe care o ndeplinesc pot fi: sisteme de reglare

automat SRA, sisteme de msurare/semnalizare SM/SA. , sisteme de comand automat

SCA.

SRA sistem de reglare automat este un sistem n bucl nchis.

Reglarea este o operaie executat cu ajutorul unui dispozitiv i al unor legturi prin care o

variabil a unui proces n desfurare numit varibil reglat este meninut n concordan cu

o mrime de referin (tot variabil stabilit de operator), prin modificarea altei variabile numit

de comand. Dispozitive folosite n acest scop: regulatoare, trductoare, elemente de execuie.

Reglarea automat este reglarea n care toate operiile sunt efectuate de anumite elemente,

iar legturile sunt coordonate de sisteme cu memorie.

Structura unui SRA


4

Elemente componente i rolul lor

EC element comparator cu rol de a compara mrimea de referin cu variabila reglat, RA

regulator automat modific forma semnalului de abatere dup o lege numit lege de reglare,

EE element de execuie transmite semnalul de execuie ctre instalaia de automatizat, TR

traductor care formeaz bucla de reacie, ofer semnalul de reacie care se compar cu

referina.

Mrimi de intrare/ieire din sistem

X mrime de referin

Y variabil reglat

Mrimi intermediare

semnalul de abatere, c mrime de comand, e mrime de execuie, nY o fraciune din

semnalul de ieire care este transformat de traductor n semnl de reacie r, ( = x r, 0)

Clasificarea SRA-urilor

a) In funcie de caracterul modificrii referinei

sisteme de stabilizare - valoarea referinei este constant n timp

sisteme cu propagare valoarea referinei se modific n timp conform unui program

stabilit anterior

sisteme automate de urmrire valoarea referinei se modific arbitrar, variabila reglat

urmarete referina conform unei legi matematice

b) n funcie de modul de acionare al organului de execuie

sisteme cu acionare direct traductorul i regulatorul sunt un bloc comun i

actioneaz asupra organului de execuie al elementului de execuie.

sisteme cu acionare auxiliar.

Exemple de sisteme automate

SM/SA ca sistem nchis

x EC

TR

r

RA

c

EE

e IA

perturbaii

Y

nY


5

Schema:


Semnale ale sistemului

X mrime determinat de un traductor aflat intr-un sistem de msurare sau semnalizare,

semnal de eroare sau abatere, c semnal de comand, Y mrimea reglat.

TR traductor, EC element comparator, DEA dispozitiv de echilibrare automat (cand

eroarea este diferit de zero i Y diferit de X, DEA modific valoarea lui Y astfel nct Y s

tind ctre X i sa tind ctre zero), GSE generator de semnal etalon de la care se obine

semnlul de referin.

SM/SA ca sistem deschis

La sistemele deschise informaia se transmite intr-o singur direcie de la sursa de informaii

ctre obiectul supus automatizrii.

Schema


TR traductor, ECTA element de comand, transmitere i adaptare folosit la transportul

informaiei de la un canal la altul, AVIS aparat pentru vizualizare care poate fi indicator,

inregistrator sau semnalizator.

Semnalele sistemului

TR ECTA

SP ST AVIS

EC

Scara gradat

TR X

_

-

-

+

DEA C

GSE Y

Y


6

SP semnalul purttor de informaie parcurge intr-un singur sens toate blocurile, este adaptat

n semnalul ST compatibil cu sistemul de vizualizare.

SCA ca sistem nchis

Elemente componente

OC organ de comand, EC element comparator, ECTA element de comand, transmitere

i adaptare, EE element de execuie

Semnale ale sistemului C* semnal provenit de la organul de comand care se afl in interiorul

elementului de execuie, restul la fel.

SCA ca sistem deschis

Elemente componente

OC organ de comand, restul blocurilor au aceeai semnificaie ca mai sus.

Semnale utilizate a semnal de la organul de comand prin care se transmite comanda la

elementul de execuie, semnalul fiind adaptat i prelucrat de blocul ECTA in semnalul b.

Schema general a unui SRA:

OC ECTA EE

a b

OC

ECTA

EC ECTA EE

nY

C* C

r


7

Blocurile funcionale sunt; C element comparator cu rol de a compara mrimea de referin X cu

mrimea de ieire reglat Y; RA regulator automat cu rol de a amplifica semnalul de eroare i de a

genera un semnal de comand c, conform unei legi matematice numit lege de reglare sau tipizat; EE

element de execuie cu rol de a aciona asupra instaliei a parametrului reglat; Tr traductor cu rolul de

a transforma o fraciune a mrimii de ieire n semnal compatibil cu referina pentru a putea fi comparat n

blocul comparator.

Pentru funcionare: perturbaiile modific parametrul de ieire Y, al instalaiei de automatizat IT. Aceast

modificare este transmis la elementul comparator dup ce n prealabil a fost convertit in semnal

compatibil cu referina de ctre traductor. Prin compararea celor dou mrimi se obine semnalul de

eroare a, numit i abatere, semnal care este prelucrat i aplicat instalaiei pentru modificarea mrimii de

ieire Y. Se dorete o valoare ct mai mic a abaterii.

Elementele schemei de reglare automat (SRA)

2.6.1 Traductoare

2.6.1.1 Generaliti

Definire: sunt dispozitive care transforma o marime fizica numita de intrare, intr-o marime fizica

de alta natura decat cea de intrare numita de iesire (sau de aceeasi natura dar cu alti

parametrii). Marimea de iesire este depenenta de marimea de intrare. Scopul transformarii este

acela de a intoduce marimea de iesire intr-un circuit de masurare compatibil pentru a putea

masura marimea de intrare.

Structura generala:

X Y

nY r

a c e RA EE IA

Tr

C

perturbaii


8

Rolul elementelor elementul sensibil transforma marimea de intrare, adaptorul adapteaza

marimea transformata, elementele de legatura pot fi conductoate sau circuite de conectare

contactoare statice.

Schema de masurare:

Locul traductorului in structura SRA-ului

Pe calea de reactie conform schemei:

Generator de

activare

Obiectul

masurarii m

Mari

me

neel

ectri

ca

traduc

tor

e

Marime

electrica

Dispo

zi

tive

inter

medi

are

t

Marime

prelucrata

Dispoziti

ve de

masura

re

Rezultatul

masurarii

Indicatie

Inregistrar

e

Cuplare cu

alte

sisteme

X0 marime

intermediara

Xe marime de

iesire Xi marime de intrare

ELEMENT

SENSIBIL -

DEDETECTOR

ELEMENT DE

LEGATURA SI

TRANSMISIE

ADAPTOR

SURSE AUXILIARE DE ENERGIE

Xi X0

Xe


9

Parametrii:

Traductorul stabileste o relatie intre marimea de intrare si cea de iesire Xe = f( Xi), Xe - marime

de iesire, iar Xi - marime de intrare. (Marimea intermediara X0 se obtine prin transformarea

marimii de intrare de catre adaptor poate fi o deplassare liniara sau circulara)

1) Natura fizica a marimilor de intrare si de iesire

Marimi de intrare utilizate mai des presiune, debit, temperatura.

Marimi de iesire utilizate mai des tensiune electrica, rezistenta electrica, intensitatea

curentului electric.

2) Puterea consumata la intrare si puterea transmisa elementului urmator

3) Caracteristica statica legea sau relatia matematicain conformitate cu care se

realizeaza dependenta dintre marimile Xe si Xi , adica functia f.

4) Sensibiitatea absoluta sau panta

Ka = Xe / Xi

5) Panta medie Km este aproximativ egala cu sensibilitatea, Xe = Km Xi + Xe0 , Xe0

valoarea de gol a marimii de iesire (valoarea de iesire calculata cand marimea de intrare

este nula).

Xi

0

Xe

Traductor


10

6) Domeniul de masurare sau sensibilitatea.

notate: Xe max, Xe min, Xi max, Xi min.

7) Eroarea absoluta definita ca diferenta dintre valoarea reala a marimii masurate si

valoarea pentru care s-a facut etalonarea.

8) Eroarea relativa definita ca raportul dintre eroarea absoluta si valoarea marimii de iesire

in punctul considerat.

Clasificari:

a) In functie de natura marimii de intrare: traductoare de marimi electrice - faza, frecventa,

putere, tensiune electrica, intensitatea curentului electric si traductoare de marimi

neelectrice nivel, debit, viteza, acceleratie, deplasare, presiune, temperatura..

b) In functie de natura marimii de iesire:

Parametrice

rezistive - fotorezistive, electrolitice, termorezistive, cu fir metalic, reostatice,

potentiometrice.

Inductive de inalta frecventa, de joasa frecventa.

Capacitive cu modificarea parametrilor: d, S, .

Generatoare

Fotovoltaice, pH metrice, termoelectrice, piezoelectice, de inductie.

Clasificarea traductoarelor de marimi electrice

Xemin Xi

Xe

0 Xi min

Xe max

Xi max


11

a) Dupa marimea fizica pe care sunt destinate sa o masoare de temperatura, de

presiune, de radiatii ionizate.

b) Dupa modul de variatie al marimii de iesire analogice si digitale.

c) Dupa principiul de functionare parametrice sau modulatoare si generatoare sau

energetice.

d) Dupa natua marimii de iesire (parametrul) rezistive, inductive, capacitive.

Traductoarele parametrice sunt traductoarele la care marimea neelectrica, influentand

proprietatile electrice ale unui corp este convertita intr-o marime electrica pasiva ( rezistenta,

inductivitate, capacitate electrica). Pentru a efectua masurarea este nevoie de o sursa auxiliara

de energie. Sunt sensibile si precise in raport cu cele generatoare.

Traductorele generatoare sunt traductoarele la care marimea neelectrica este convertita

direct intr-o tensiune electrica, tensiune care poate fi indicata cu un aparat de masura (este un

avantaj pentru ca nu se mai foloseste o schema de masurare, doar un aparat). Sunt mai putin

sensibile si precise decat cele parametrice

2.6.1.2 Traductoare pentru msurarea turaiei

Principaalele aparate cere permit msurarea pe cale electric a turaiei sunt: tahometrul cu

cureni turbionari, tahogeneratorul, tahometrele cu impulsuri, strobocpul.

Tahogeneratoare

Sunt traductoare pentru msurarea vitezei mainilor. n general, cele mai folosite au fost

tahometrele cu traductor electrodinamic tahogeneratoare.

Tahogeneratoarele sunt generatoare electrice rotative, de mic putere avnd construcie

special, care furnizeaz o tensiune electric proporional cu turaia. Funcionrea se bazeaz

pe principiul inducerii unei tensiuni electromotoare ntr-un conductor care se deplaseaz ntr-un

cmp magnetic.

Clasificare : de c.c sau de c.a.

Tahogeneratorul de c.c este o micromain de c.c. cu colector la care cmpul e excitaie este

furnizat de un magnet permanent. Se obine o valoare analogic a tensiunii proporional cu

turaia. Indicarea turaiei se face direct cu un aparat indcator electrodinamic etalonat n uniti

de turaie. Turaia nominal este de 750 2000 rot/min a tahogeneratorului. Datorit

neajunsurilor create de colector inelele n special, tahogeneratorul de c.c. a fost nlocuit de cel

de c.a.

Tahogeneratorul de c.a. se construiete pentru turaii cuprinse ntre 140 3000 rot/min. Este

format din bobine fixe i magnei permaneni (nu are nevoie de inele colectoare). Prin rotirea

magneilor permaneni, liniile cmpul magnetic sunt tiate, se induce n bobine o tensiune

alternativ a crei valoare efectiv este proporional cu turaia. n schema de msurare exist

un redresor pentru a putea msura curentul cu un aparat magnetoelectric. Arborele a crui

turaie se msoar este cuplat cu arborele tahogeneratorului.


12

Tahometre cu impulsuri cu traductor de impulsuri

Variante: cu reluctan variabil i fotoelectrice uzuale, variante sunt nenumrate.

a) Traductor cu reluctan variabil

Constructiv se compune dintr-o roat dinat din material feromagnetic care se rotete n faa

miezului din fier al unei bobine. Roata preia micarea axului a crui turaie o msurm, iar la

trecerea dinilor roii prin dreptul miezului traductorului are loc o modificare a reluctanei

circuitului magnetic, ceea ce duce la variaia fluxului agnetic produs de magnetul permanent

conform legii induciei electromagnetice. Tensiunea indus n bobin este proporinal cu viteza

de variaie a fluxului electromagnetic, deci proporional cu viteza de msurat.

f =

, f frecvena semnalului obinut la ieirea traductorului, n viteza de rotaie a roii

dinate, p nr. de dini ai roii.

b) traductor fotoelectric

Principiul de funcionare: avem un arbore cu turaie necunoscut. Pe arbore este dispus un disc

cu o fant. Pe axul fantei este un sistem fotoelectric compus din surs luminoas, dou sisteme

optice de focalizare a razelor, un sistem de detecie fototranzistor sau fotorezisten.n funcie

de viteza de rotaie frecvena impulsurilor datorate discului cu fant va crete sau va scdea.

Frecvena este apoi convertit n semnal electric, ea fiind proporional cu viteza arborelui.

Roata dinat

Bobin cu miez din fier

Arbore


13

2.6.2 Regulatoare

Definire un element de automatizare caruia i se aplica la intrare o abatere, iar la iesire se

obtine marimea de comanda.

Locul in SRA pe calea directa sau pe calea de reactie

Pe calea directa

Pe calea de reactie

REGULATOR

Sursa luminoas

Sistemul de detecie

Arbore

Fanfa discului

Oglinzi subiri


14

Schema bloc elemente componente:

ECP element de comparatie principal, ECS element de comparatie secundar, EP element

de prescriere referinta, ERS element de reactie secundara primeste la intrare marimea de

comanda de la iesirea amplificatorului oferind la iesire semnal de reactie secundara Xrs . De

obicei determina o dependenta proportionala intre Xrs si c, amplificator.

(t) Xrs = a1 (t)

Clasificare

a) Dupa tipul actiunii:

1- Cu actiune continua neliniare si liniare ( de tip P, I, D, PI, PD, PID)

2- Cu actiune discreta cu impulsuri modulate si numerice

b) Dupa caracteristicile constructive: unificate si specializte

c) Dupa agentul purtator de semnal: electrice, electromagnetice, hidraulice, pneumatice

d) Dupa viteza de raspuns: pentru procese rapide si pentru procese lente

e) Dupa sursa de energie din exterior:

1 directe nu este necesara o sursa de energie exterioare, transmiterea semnalului se

face pe baza energiei interne

2 indirecte se foloseste o sursa de energie exterioara elementului de executie.

Alegerea si acordarea regulatoarelor

ECP ECS amplificator

ERS

EP

X a1

xrs

c

REGULATOR

REGULATOR


15

Alegerea se stabileste tipul de regulator utilizat in schema specializat sau unificat

Acordarea se determina parametrii regulatorului si se ajusteaza acestia in funtie de

caracteristicile schemelor la care se utilizeaza. Tipuri de parametrii: la regulatorul P factorul de

apmplificare sau banda de proportionalitate, la cel de tip D constanta de timp de derivare,

pentru tip I constanta de timp de integrare.

Algoritm pentru alegerea tipului de regulator

1 se studiaza procesul tehnologic

2 se aplica la intrare un semnal treapta, se masoara continuu marimea de iesire

determinandu-se relatia Xe = f (t)

3 se traseaza caracteristica dedusa anterior si se calculeaza un parametru in functie de care

se alege regulatorul astfel:

J este punct de inflexiune al graficului

In punctul J se traseaza tangenta la grafic

Tangenta intersecteaza axa Ot in A si axa de valoare cvasistationara in D

Din D se duce o paralela la axa verticala, care intersecteaza axa Ot in C

Segmentul OA se numeste timp mort fictiv al instalatiei, in sensul intarzierii raspunsului, ca notatie Tm, iar segmentul AC e numeste constanta de timp fictiva, T, ca notatie.

Se calculeaza raportul Tm / T si se obtine o valoare. Se alege dintr-un tabel cu valori standardizate tipul de trgulator.

Xe

t

J

A C

D

O


16

T /Tm Tipul de regulator

Pana la 0,02 Regulatoare bipozitionale

Pana la 1 Regulatoare cu legi P, I, D

Peste 1 Regulatoare speciale

Functionare

Regulatorul primeste la intrare semnalul de abatere si ofera la iesire semnalul de comanda. In

blocul regulatorului are loc prelucrarea abaterii dupa o lege numita de reglare care asigura

obtinerea marimii de comanda. Marimea de comanda determina o buna functionare a SRA-ului,

prformante in regim stationar si tranzitoriu. (regim stationar marimile variaza foarte lent in timp

astfel incat pe anumite intervale pot fi considerate constante in timp; regim tranzitoriu

intervalul de trecere de la marimile variabile lent in timp la marimi variabile in timp).

Caracteristici statice si legi de reglare ale regulatoarelor

REGULATOARE CU ACTIUNE CONTINUA

Regulatoare liniare

Se considera urmatoarea schema de reglare automata:

Partea fixa este formata din elementul de executie, instalatia tehnologica, traductorul. Se poate

scrie a = X Y, X marimea de intrare, Y marimea de iesire, reglata, a abaterea, c

marimea de comanda. Dependenta dintre marimile a si c este o dreapta, de aceea

regulatoarele se numesc liniare.

Tipuri de legi numite tipizate o relatie matematica intre marimea de intrare abatere a si

marimea de iesire, de comanda c, c (t) = f ( a (t) )

EC RA F - partea

fixa a SRA

X

a c Y

nY

perturbatii


17

a = a(t), c c(t), marimi variabile lent in timp

a) Legea P proportionala

Definire: c(t) = K a (t), K factor de proportionalitate

Raspunsul la semnale treapta - a(t) = 1, si rampa - a(t) = mt, sau a(t) = mt + n:

a(t) = 1, c (t) = K semnal treapta

a(t) = mt, c(t) = Kmt semnal rampa

b) Legea I integratoare

Definire: c(t)

( ) , T constanta de timp de integrare

Raspunsul la semnal treapta si rampa:

a(t) = 1, c(t) ( )

pentru semnal treapta

a(t) = mt, c (t) =

m t2/2T + const. semnal rampa

c

a

a

c

0 0

t

Semnal treapta Semnal rampa

1

K

Regulator

automat

a - abatere c marime de

comanda


18

c) Legea D derivabilitate

Definire: c (t) = T

, T constnta de timp de derivare


a (t) = 1, c(t) = 0 semnal treapta

a(t) = mt, c (t) = m semnal rampa

d) Legea PD proportional derivator

Definire : c(t) = K a(t) + KT


a(t) = 1, c(t) = K semnal treapta

0 0

m 1

t


t

0 0


1


19

a(t) = mt, c(t) = Kmt + Km = Km (1 + t ) semnal rampa

e) Legea PID proportional integrtor - derivator

Definire: c(t) = K ( a(t) +

( ) + T1

( )

), T si T1 constante de timp de integrare si de

derivare, K constanta de proportionalitate.


a(t) =1, c (t) = K +

- semnal treapta

a(t) = mt, c(t) = Kmt +

t2 + m semnal rampa

0

1

K

t

0



20

Aceste reprezentari sunt pentru cazul ideal cand nu exista pierderi si intarzieri in raspunsul

regulatorului. In caz real semnalele sunt mai atenuate

Regulatoare neliniare

Dependenta dintre abatere si marimea de comanda nu este de forma unei drepte. Cele mai

utilizate regulatoare de acest tip sunt cele bipozitionale (RBP) si tripozitionale (RTP).

Dependenta dintre a si c se numeste caracteristica statica numai in regim stationar.

Regulatoare bipozitionale

Caracteristica statica ideala este de forma (fara pierderi):

Functionarea este asemanatoare releelor:

a daca a 0, c are valoare maxima constanta diferita de zero

b daca a 0 c = 0

Constructia regulatorului include si un releu. Denumirea de bipozitional vine de la faptul ca

marimea de comanda nu poate lua decat doua valori in regim stationar.

c

a

0

K

1

0

t 0


21

In caz real caracteristica prezinta histerezis, iar valorile marimii de comanda depind de sensul

variatiei abaterii creste sau descreste.

Astfel trecerea de la valoarea zero la valoarea maxima a marimii c se realizeaza pentru a h,

iar trecerea de la cmax la valoarea zero se realizeaza cand a -h.

Regulatoare tripozitionale

Caracteristica statica are forma

Se neglijeaza histerezisul si avem:

Daca -zi a zi , c = 0

Daca a zi , c = cmax

Daca a zi , c = - cmax

Deoarece marimea de comanda c poate lua trei valori regulatorul se numeste tripozitional.

REGULATOARE CU ACTIUNE DISCRETA SAU DISCONTINUA

cmax

cmax

0

zi zi

c

a

-h h 0

a

C max

c


22

Sunt actionate prin impulsuri, au aeleasi legi de reglare ca si cele cu actiune continua, difera

doar modul de obtinere al legii: semnalul de eroare este aplicat la intrarea regulatorului, apoi

transformat in semnal numeric cu un convertor analog numeric (CAN). Semnalul numeric este

prelucrat, decodificat de un convertor numeric analogic(CNA) si se obtine semnalul de

comanda. Valorile intermediare sunt pastrate in memoria interna a regulatorului.

Schema bloc:

Avantaje: legea de reglare poate fi schimbata simplu, sunt memorate valori la anumite intervale

de timp, se poate asigura reglarea simultana a mai multor marimi.

Dezavantaje: necesita sursa de alimentare esteioara.

In unele cazuri microprocesoarele sunt inlocuite cu microcontrolere. Acestea au urmatoarele

particularitati: dimensiune redusa, contin convertoare sub forma de module, raspunsul este

rapid, consum redus de energie, programul implementat este fix.

Exemplu de legi tipizate:

Legea P proportionalitate

c [ kT ] = K a [ kT] , marimile sunt esantionate cu perioada de esantionare T si in loc de a(t) vom

avea a [kT].

Lega I integrabilitate

Se stie ca y (t) = ( )

, reprezinta aria din figura nr. 1

CAN MICROPROCE

SOR

CNA

MEMORIE

a c

a

t

c

t 0

0


23

Pentru o marime esantionata integrarea unei astfel de marimi este suma arililor cuprinse in

intervalul t1 si t2 adica pe o perioada de esantionare ca in figura nr. 2.

Mod de realizare

Cele mai utilizate sunt constuite cu dispozitive si circuite electronice numite si regulatoare

electronice.

Elemente componente:

a) elemente pentru realizarea legilor tipizate P, I, D, PI, PD, PID , care se conecteaza in

circuitul de reactie sau in cel de intrare al SRA ului, amplificatoare operationale.

Circuitele formate din aceste amplificatoare operationale se numesc ciruite de corectie

RC care imbunatatesc functionarea SRA-ului. OBS. circuitele de corectie pot fi si

hidraulice sau pneumatice.

b) Elemente de comparatie

c) Elemente de legatura cu procesul in cazul electric firele din cupru .

d) Elemente de interfata cu operatorul aparate indicatoare care masoara valorile abaterii

si a marimii reglate.

e) Surse de alimentare.

Modul de realizare a circuitelor de corectie:

a) Amplificatorulde c.c. cu tranzistoare montate pe placi pentru procese rapide in sistem

unificat

b) Amplificatoare de c.c. cu tranzistoare montate pe placi cu sistem de modulare /

demodulare pentru sisteme cu precizie mai mare.

c) Amplificatoare cu circuite integrate amplificatoare operationale.

Variante constructive

Regulatoare liniare

Variante de conectare a circuitului de corectie

Coectarea in circuite de intrare si de reactie a amplificatoarelor

Cu amplificatoare operationale in tehnologie integrata. Circuitul de reactie locala trebuie

conectat intre iesirea amplificatorului operational si intrarea inversoare a acestuia pentru a

asigura caracterul negativ al reactiei.

t1 t2 t

y

Figura nr. 1 Figura nr. 2

y

t

t1 t2


24

Ipoteze de lucru:

a) Semnalul se aplica pe borna negativa a amplificatorului, borna pozitiva este legata la

masa.

b) Semnalul de intrare este aplicat pe borna pozitiva a amplificatorului operational, avand

avantajul unei rezistente de intrare mare

LEGEA P

caz a)

Presupunem U1 0, Un = 0, U2 0 ( borna inversoare pe care se aplica tensiunea)

I1 = Ii +I2, deoarece rezistenta de intrare este foarte mare putem considera Ii aproximativ zero.

Avem in acest caz I1 = I2

U2 = A ( Un Ui ), A este functia de amplificare a amplificatorului cu valori foarte mari

Deci Un Ui = U2 /A si Un Ui 0 Ui = 0.

I1 = (U1 Ui ) / R1, I2 = (Ui U2 ) / R2 I1 = U1 / R1, I2 = U2 / R2 U1 / R1 = U2 / R2

U2 = R2 / R1 U1 = k U1

Deci U2 = k U1 , iesirea este proportionala cu marimea de intrare, factorul de proportionalitate

fiind k = R2 / R1

Caz b)

U1 = Un , Ui Un

I2

R2

Ii

I1 R1

Ui U1

U2

AO

Un


25

presupunem ca semnalul de intrare este U1 0 U2 0

I1 I2 I

I = U2 / (R1 R2 ), Ui = I R1 = R1 / ( R2 R1 ) U2 U1 = k U2 , k constanta de proprtionalitate, k = = R1 / ( R2 R1 ).

LEGEA - I

Presupunem: U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2

I1 U1 / R1, I2 = C

U2 = Ti

I2

C

Ii

I1 R

Ui U1

U2

AO

Un

Uc

I2

R2

Ii

I1 R1

Ui U1 = U2

AO Un =


26

LEGEA D

Presupunem: U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2

I1 = C1

, I2 =

,

= C1

, U2 = R2C1

, R2C1 = T ste constanta de timp

de derivare

LEGEA - PI

U2 = KR ( U1 + 1/T .

I2

R2

Ii

I1 C

Ui U1

U2

AO

Un

Uc


27

Legea PI se mai poate obtine si cu schemele de mai jos:

I2

R2

Ii

I1 R1

Ui U1

AO

Un

C2

P

I2

R2

Ii

I1 R1

Ui U1

U2

AO

Un

C2


28

LEGEA - PD

Conditii presupuse indeplinite: U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2

U2 = - KR ( U1 + R1 C1 U1/t)

LEGEA - PID

Aceleasi conditii initiale U1 0 , U2 0 , Ii = 0, Ui = 0 I1 I2

I2

R2

Ii

I1 R1

Ui U1

U2

AO

Un

C1

IR1

i

IC1

I2

R2

Ii

I1 R1

Ui U1 =

U2

AO

Un =

C2


29

U2 =

( ( 1 +

) U1 + 1/ R2 C2 + R1C1U1/t ).

Conectarea in cadrul unui circuit de reactie in T al amplificatorului

Circuitul de corectie se conecteaza intr-o schema in T numai in cadrul unui circuit cu reactie

negativa. In circuitul de intrare este montata doar o rezistenta pentru limitarea curentului.

Realizeaza legea PD

Pentru legea PID avem:

AO

R1 R2

R0 C2

U1

U2

+

I2

R2

Ii

I1 R1

Ui U1

U2

AO

Un

C1

IR1

i

IC1

C2


30

Conectarea circuitului de corectie in cadrul unei scheme integrate in circuitul de reactie negativa

Schema poate arata astfel:

Regulatoare bipozitionale si tripozitionale

a) Obtinerea caracteristicii bipozitionale

Obtinerea caracteristiii bipozitionale se poate realiza cu schema de mai jos. Tranzistorul

functioneaza in regim de comutatie. Tensiunea Ua este proportionala cu abaterea, abatere care

poate avea valori pozitive sau negative, iar polaritatea tensiunii se modifica in functie de

valoarea abaterii. Tensiunea Ua este amplificate si aplicata circuitului baza-emitor al

tranzistorului. Daca notam cu a marimea abaterii cu i marimea de intrare sI cu e, marimea de

iesire putem scrie a = i e .

Circuit de corectie

Amplifi

cator

nr.1

modulator Amplifi

cator

nr. 2

demodula

tor Amplifi

cator

nr. 3

oscilator

c

Formeaza un

amplificator

oO

R1 R2

R0 C2

U1

U2

C1

+


31

Fie a > 0 si e < i , Ua are polaritate (+) la emitor si (-) la baza. Tranzistorul Q este polarizat

direct si conduce semnalul, bobina releului este parcursa de curent, isi inchide contactul

stabilind un curent prin elementul de executie. Marimea de iesire e creste. La un moment dat

vom avea e > i.

Pentru e > i avem a < 0, abaterea isi schimba semnul, la fel si polaritatea lui Ua, tranzistorul fiind

blocat. Prin bobina releului nu mai trace curent, contactul se deschide, iar alimentarea cu

energie a elementului de executie este intrerupta. Starea dureaza pana cand e devine mai mica

decat i. Procesul are caracter ciclic, marimea e variaza in jurul valorii prescrise prin marimea de

intrare i.

Caracterul bipozitional este dat de cele doua stari de conductie si de blocare. Ca amplificator se

poate folosi unul operational.

Exemplu:

amplificator

Ua

AUa

R

Q

Bobina unui

releu

electromag

netic

+ Un

-Un

Contactul

inchis de releu

Ue

Marimea de iesire s-a

notat cu Ue


32

Tensiunea U1 este proportionala cu marimea de intrare. Potentialul este asigurat prin R1 ( in AO

se aplica la intrare curentul I1 ). R3 este o rezistenta care realizeaza reactia pozitiva. Potentialul

U2 este proportional cu marimea de iesire, U3 este marimea de reactie.

Daca predomina efectul lui U1 avem:

a = i e, a > 0 U3 >0 si U4 < 0 tranzistorul conduce si releul actioneaza intra in

functie elementul de executie.

Daca predomina efectul lui U2 avem:

a < 0 U3 < 0 si U4 < 0 tranzistorul este blocat si elementul de executie nu

functioneaza.

Utilizari: la reglarea temperaturii cu o precizie foarte buna, deoarece marimea reglata e,

oscileaza in jurul valorii prescrise i si nu poate ramane egala cu aceasta.

b) Obtinerea caracteristicii tripozitionale

Se obtine prin conectarea a doua blocuri bipozitionale conform figurii:

A

R2

R1

U2

R3

R4

Q

bobi

na

Ue

U3

U1

U4

Up

Contactul releului

A

O

AO


33

1) Presupunem a > 0 si Ua> 0 ( are actiune predominanta in raport cu + Uz ), la bornle lui

Q2 avem potential pozitiv, deci conduce, releul RL2 inchide contactele si se asigura o

comanda pozitia din dreapta graficului de mai jos.

A

R22

R12

R32

R42

Q2

bo

bi

na

Ue2

U32

Uz

U42

Up2

Contactul releului

A

O

AO2

Ua

RL2

A

R21

R11

Uz

R31

R41

Q1

bo

bi

na

Ue1

U31

U41

Up1

Contactul releului

A

O

AO1

RL1


34

La iesirea lui Q1 avem potential negativ, nu conduce, releul RL1 are contactele deschise.

2) Uz < a < Uz , la iesirea ambelor amplificatoare avem semnal negativ, ambele

tranzistoare sunt blocate, nu conduc si releele au contactele deschise.

3) a Uz , actiunea lui Ua predomina asupra lui Uz la iesirea amplificatorului AO1 se

obtine semnal pozitiv conduce tranzistorul Q1 RL1 inchide contactul si are loc o

comanda corespunzatoare portiunii din stanga caracteristicii de mai sus. La iesirea lui

AO2 avem potential negativ Q2 blocat , deci nu conduce RL2 are contactele

deschise.

Utilizare: la comanda elementelor de executie realizate cu motor electric ( nu au o precizie atat

de buna ).

2.6.3 Elemente de execuie

Definire sunt partile prin care regulatorul actioneaza asupra intalatiei electrice sau procesului

reglat.

Locul in schema SRA-ului pe calea directa

Rolul asigura procesul prin care marimea de executie ajunge la obiectul reglarii automate

Elemente componente motor de antrenare si organ de executie

Element de

executie

cmax

cmax

0

z Uz

c

Ua


35

Principiul de functionare variatia unui debit de fluid prin modificarea sectiunii de trecere sau

prin modificarea energiei unei surse. Variatia energiei poate fi continua modificarea avand loc

intre valori limita sau discontinua, modificarea facandu-se doar pentru doua valori ( de exemplu

pentru valoarea zero si valoarea maxima ).

Clasificare electrice, pneumatice si hidraulice.

MOTOARELE DE ANTRENARE

Motoarele electrice

a) rotative de c.c sau de c.a.

b) liniare

Motoare pneumatice

a) cu membrana

b) cu piston

b 1) cu doua fete active

b 2) cu o fata activa

c) cu distribuitor

Motoare hidraulice

a) cu membrana

b) cu piston

c) cu distribuitor.

ORGANE DE EXECUTIE

Electrice

a) reostat

b) intrerupator

b1) de joasa tensiune

b2) de inalta tensiune

Neelectrice

a) robinet

a1) cu dubla actiune

a2) cu simpla actiune

b) vana

b1) cu clapeta

b2) cu paleta

Motor electric de c.c.

Cele mai utilizate sun cele cu excitatie separata


36

Motor de curent continuu cu excitatie separata:

Simbol:

Elemente componente: parte fixa stator cu rol de inductor, parte mobila rotor cu rol de

indus, infasurari, sisteme mecanice de prindere, conectare si transmitere a miscarii la elementul

urmator, scuturi, carcasa, sistem de conectare la reteaua de alimentare.

Principiul de functionare: pe baza legii inductiei electromagnetice intr-un circuit parcurs de

flux magnetic variabil apare tensiune electromagnetica indusa

Actionari cu motoare de c.c: pornire, reglarea turatiei, franare.

Pornirea direct de la retea pentru motoare de putere mica, iar pentru celelalte cu reostat de

pornire in trepte.

Franarea

a) Prin contracurent se schimba polaritatea tensiunii de alimentare a indusului, motorul

franeaza, nu opreste, pentru oprire se deconecteaza in momentul in care dorim sa il

oprim. Consuma multa energie care se pierde prin efect Joule Lenz.

b) Cu recuperarea energiei regimul de recuperare se obtine prin accelerarea motorului

peste valoarea turatiei de mers in gol si controlarea franarii pana la valoarea turatiei de

mers in gol cu ajutorul treptelor reostatului de pornire. Similar pentru scaderea turatiei la

valori sub turatia de mers in gol.

c) Dinamica consta in deconectarea motorului de la retea si inchiderea circuitului

indusului cu o rezistenta. Franarea este brusca si precisa.

Reglarea turatiei cu ajutorul reostatului de pornire, prin modificarea valorilor acestuia.

Sistemul de comanda se poate aplica pe excitatie sau pe indus, viteza de rotatie depinde de

marimea semnalului aplicat, iar sensul de rotatie depinde de polaritate

Motor de c.c tip solenoid

M

Simbol general

M Infasurare statorica

de excitatie

Mc.c. cu exitatie separata,

schema simplificata


37

Statorul este bobinat iar rototul este un magnet permanent. Asigura o miscare discontinua ,

bipozitionala ( inchis deschis, stanga dreapta ).

Schema de principiu:

Motoarele electrice sunt utilizate in schemele de automatizari care nu necesita o precizie foarte

mare.

Motoare pneumatice

Folosesc ca sursa de energie aerul comprimat. Sunt realizate pentru executarea de regula a

miscarilor de translatie de mare precizie.

Pot fi:

a) Rotative cu palete si cu roti dintate

b) Liniare cu piston si cu membrana

Exemple:

a) Motor pneumatic cu piston liniar fig. nr. 1 si nr. 2

b) Motor pneumatic cu roti dintate fig. nr. 4

c) Motor pneumatic cu membrana fig. nr. 3

La motorul pneumatic cu roti dintate, dantura rotilor poate fi dreapta, inclinata sau in V.

Miscarea rotilor este generata de transformarea energiei aerului sub presiune care este admis

la intrare si refulat la iesire dupa ce antreneaza rotile in miscare.

U

intrare

iesire

K


38

p

membrana

resort

capsula Intrare in capsula

tija

Motor

pneumatic cu

membrana

Fig. nr. 3

P0 p

p

Motor pneumatic

cu o fata activa

Motor pneumatic cu doua fete active

tija

piston p

tija

piston

Fig. nr. 1

Fig. nr. 2


39

Motoare hidraulice

Folosesc ca agent uleiul sub presiune. Se utilizeaza motoare hidraulice cu miscare circulara sau

liniara.

Motor cu miscare circulara

Blocul cilindrilor este solidar cu axul. Pistoanele se pot deplasa axial si sunt mentinute in contact

permanent cu discul de uleiul sub presiune care alimenteaza corpul cilindrilor. Pistoanele

impinse de ulei au tendinta de a lasa in corpul cilindrilor un spatiu cat mai mare, lucru care nu

este posibil decat prin alunecarea pistoanelor pe circumferinta discului fix spre zona superioara.

Dtorita pantei de inclinare a discului, pistonul culiseaza pe acesta, blocul cilindrilor si axul fiind

solidare cu acesta se vor roti odata cu el. Deci energia hidraulica a uleiului sub presiune este

transformata in energie mecanica, energie care determina miscarea de rotatie.

Marime

de intrare Marime

de iesire

Roti

dintate

Figura nr. 4


40

Motor hidraulic cu miscare liniara

Exemplele de mai jos ilustreza modul de functionare si deplasarea pe care o executa pistonul

sun influenta uleiului sub presiune.

Cu simplu efect Cu dublu

efect

Cu plunger

S1

S2

Diferential

Piston

Plunger

Bloc cilindrii

Ulei sub

presiune

Ulei sub

presiune

Sensul de rotatie al

axului

Corpul cilindrului

Piston axial

Disc fix


41

Organe de executie

Neelectrice

Robinet

Modifica sectiunea de trecere a unui fluid printr-o conducta. Debitul se ajusteaza prin

modificarea sectiunii de trecere dintr-un ventil si scaunul robinetului.

Simbol:

Vane

Se pot realiza cu paleta sau cu clapeta. Cele cu clapeta sunt utilizate la modificarea debitului de

gaze si aer la presiuni statice mici.

Tipuri de clapete: circulare, dreptunghiulare, tip jaluzele.

Simbol general Cu supapa de presiune


42

Exemplu de element dde executie electric

Tip jaluzele, clapetele

pot fi circulare sau

dreptunghiulare

Clapeta circulara

Clapeta dreptunghiulara


43

Ic este curentul de comanda. Elementul asigura o miscare discontinua. Bobina primeste curentul

de comanda, miezul feromagnetic este atras si invinge forta resortului. Tija se deplaseaza. Tija

este solidara cu un intrerupator pe care il inchide sau deschide.

Elementele de excutie se monteaza in sistem cu ajutorul unor aparate specifice.

Aparate utilizate pentru conectarea motoarelor si circulatia fluidului

Se folosesc distribuitoare rotative sau cu pistoane, supape, drosele.

Distribuitoare: au rol de amplificatoare pentru semnalul pneumatic.

L

U

Ic Bobina

Miez din fier Resort

Intrerupator

Lampi de

semnaliza

re

intra

re


44

Supape: asigura reglarea presiunii in circuit.

Au rolul de :

a) Protectie supapa de siguranta sau de presiune, deschizand circuitul cand presiunea

este prea mare si refuland uleiul spre rezervor.

b) De sens asigura circulatia unidirectionala a uleiului retinand deplasarea uleiului in sens

invers.

c) De reductie reduce presiunea.

d) Regulator de presiune mentine constanta presiunea in conducta.

Simbol:

Distribuitor cu 4 orificii si 2 pozitii de lucru

Simbol

1

2

3

4

Corpul distribuitorului

Camera distribuitorului

Ulei sub

presiune

Evacuare Evacuare

Distribuitor cu pistoane


45

Drosele : sunt rezistente hidraulice cu rol de modificare a debitului de fluid, modificand in acest

fel viteza motorului hidraulic.

D

d

Simbol general

Cu sau fara arc de revenire

Documents

219831167 Sisteme de Reglare Automata Sisteme de Automatizari 2014