Regulatoare automate1

8/3/2019 Regulatoare automate1.

1/34

Regulatoare automate

Regulatorul automat are rolul de a prelua operational semnalulde eroare, (obtinut n urma comparatiei liniar-aditive a marimiide intrare r si a marimii de reactie y r, n elementul decomparatie) si de a elabora la iesire un semnal de comanda upentru elementul de executie, figura 3.1.

Informatiile curente asupra desfasurarii procesuluitehnologic se obtin cu ajutorul traductorului de reactie si suntprelucrate de regulatorul automat n conformitate cu o anumita

lege care defineste algoritmul de reglare automata. Algoritmiide reglare (legile de reglare) conventionali, utilizati frecvent nreglarea proceselor tehnologice sunt de tip proportional-integral-derivativ (PID).

Figura 3.1.

Implementarea unei anumite legi de reglare se poate realizaprintr-o varietate destul de larga a constructiei regulatorului, caregulator electronic, pneumatic, hidraulic sau mixt.

Chiar si n cadrul aceleiasi categorii constructive se potrealiza variante diferite, fiecare solutie oferind anumite avantajedin punct de vedere al preciziei de realizare a legii de reglare, a pretului, a sigurantei n functionare si a flexibilitatii nexploatare.


2/34

.


3/34

Clasificarea regulatoarelor automateDupa caracteristicile de

transfer

ale instalatiei tehnologice

Dupa caracteristicile constructive

si functionale ale regulatoarelor

Regulatoare cu caracteristicide transfer invariante folosite

n urmatoarele categorii desisteme:

- sisteme de stabilizare

automata (r = ct.);

Dupa tipul actiunii regulatorului:

- regulatoare cu actiune continua,liniare sau neliniare;

- regulatoare cu actiune discreta,

cu impulsuri modulate saunumerice.

- sisteme de reglare cuprogram (r = f(t) cunoscut);

- sisteme de urmarire (r = f(t)necunoscut aprioric).

Dupa constructia bloculuiregulator si a semnalelor folosite:

- regulatoare unificate;

- regulatoare specializate.Regulatoare cu caracteristici

de transfer variabile:

- regulatoare adaptive;

- regulatoare instruibile;

- regulatoare extremale

(optimizatoare automate).

Dupa natura purtatorului deinformatie:

- regulatoare electronice;

- regulatoare pneumatice;

- regulatoare hidraulice;

- regulatoare mixte

(electrohidraulice,electropneumatice).

Dupa viteza de raspuns ainstalatiei tehnologice:

- regulatoare pentru procese

rapide;

- regulatoare pentru procese

lente.

Dupa tipul reactiei folosite:

- regulatoare cu reactie dupamarimea de i 343j96d esire;

- regulatoare cu reactie dupa

variabilele de stare (regulatoare

cu estimatoare de stare).Dupa numarul marimilor de

iesire ale instalatieitehnologice:

- regulatoare monovariabile;

- regulatoare multivariabile.

Dupa modul de instalare:

- regulatoare de panou;

- regulatoare locale.


4/34

Legile de reglare clasice (de tip P, PI, PID) se realizeaza ncadrul regulatoarelor cu actiune continua cu ajutorul circuiteloroperationale cu elemente pasive, instalate pe calea de reactie a

unor amplificatoare operationale (figura 3.2).

Figura 3.2.

Daca factorul de amplificare KA al blocului amplificatoreste suficient de mare, comportarea intrare-iesire a regulatoruluieste determinata numai de elementele si structura circuitului dereactie operationala conform relatiei:

.

Prin alegerea convenabila a circuitului de reactie (care prezintao anumita functie de transfer H C(s)), se obtin diferiti algoritmide reglare. Pentru legile de reglare tipizate, functiile de transferideale au expresiile:

RegulatorP:RegulatorPI:RegulatorPID:


5/34

unde KR reprezinta factorul de amplificare, T i constanta detimp de integrare, T d constanta de timp de diferentiere, iar qfactorul de interinfluenta.

Desi foarte avantajoasa din punct de vedere constructiv,aceasta metoda nu poate asigura independenta parametrilor deacord ai regulatorului (KR, T i, T d).

Folosirea unor canale separate pentru prelucrareaoperationala a semnalelor de eroare elimina complet toatedificultatile aferente interinfluentei, asigurnd realizarea

functiei de transfer (a regulatorului PID) cu un grad deinterdependenta q = 0 si o independenta totala a acordariiparametrilor KR, T i, T d. O astfel de solutie este prezentata nfigura 3.3.

Figura 3.3.

Varianta din figura 3.3. este caracterizata de un pret de costmai ridicat, determinat de utilizarea a trei amplificatoareoperationale (fata de unul singur n schema din figura 3.2.), daravantajele functionale pe care le prezinta i ofera perspective

largi de utilizare n realizarea regulatoarelor moderne.Realizarea legii de reglare PID n cadrul sistemelor destabilizare automata (r = const.) se face cu ajutorul unuiregulator de tip PI (care are o constructie mai simpla) si a unuibloc de tip PD, instalat pe calea de reactie, figura 3.4.


6/34

Figura 3.4.

O categorie mai importanta de regulatoare care se dezvoltan prezent sunt regulatoarele cu reactie dupa stare. Utilizareadescrierii matematice intrare-stare-iesire ofera informatiicomplete asupra comportarii dinamice a sistemului nansamblul sau si permite, prin utilizarea ca marimi de reactie amarimilor de stare, realizarea unor solutii mult mai avantajoasede reglare a proceselor, folosind pentru aceasta regulatoare cuelemente proportionale.

Pentru obtinerea unor performante superioare, legate desatisfacerea att a regimului stationar, ct si a regimuluitranzitoriu, este indicata combinarea reglarii dupa stare cureglarea dupa iesire, figura 3.5.

Estimatorul de stare ES primeste marimile u si y sielaboreaza starea estimata ,1 care se utilizeaza n regulatorulautomat ca marime de reactie. Reglarea combinata dupa iesiresi stare asigura obtinerea unor erori stationare nule pentruvariatii treapta ale marimii de referinta si ale perturbatiei.

Figura 3.5.


7/34

Structura regulatoarelor automate electronice

Blocul regulator este alcatuit din mai multe particomponente interconectate functional, care permit realizareaatt a legii de reglare propriu-zise (exprimata analitic prindependenta dintre marimea de iesire si marimea de intrare), ctsi a unor functii auxiliare de indicare, semnalizare a depasiriivalorii normale pentru anumite marimi, desaturare, trecereautomat-manual etc.

n figura 3.6., se prezinta structura blocului regulator,

tipica pentru marea majoritate a regulatoarelor industriale.

Figura 3.6.

Constructia regulatoarelor automate electronice

Regulatoarele electronice sunt realizate ntr-o diversitatelarga de tipuri constructive si functionale, ca regulatoareunificate si, mai rar, ca regulatoare specializate. Variantaunificata prezinta avantaje esentiale printre care mentionam:

permite o mare elasticitate n realizarea celor mai complexescheme, cu un numar mic de blocuri componenteinterschimbabile, conduce la o tipizare si uniformizare a panourilor de automatizare, deci si la reducerea pretului si la


8/34

mbunatatirea conditiilor de exploatare, asigura posibilitatisporite pentru o productie de serie.

Constructia regulatoarelor electronice difera n functie deutilizarea lor pentru reglarea proceselor rapide sau lente, undetrebuie sa asigure constante de timp compatibile cu dinamica procesului. Daca pentru reglarea proceselor rapide constantelede timp se obtin relativ usor si cu precizie corespunzatoare,pentru procesele lente dificultatile sunt mult mai mari.

La noi n tara au fost realizate sistemele UNIDIN destinate

reglarii proceselor rapide, iar pentru procese lente sistemulunificat I bazat pe principiul modularii si demodularii sisistemul SEROM, cu circuite integrate, avnd semnale unificatemultiple n tensiune si curent.

Utilizarea circuitelor digitale integrate pe scara medie si pescara larga a condus la perfectionarea regulatoarelor numericesi la realizarea sistemelor numerice de reglare folosite n cadrul

sistemelor ierarhizate de automatizare.n cadrul regulatoarelor electronice realizate cu circuite

integrate (care reprezinta conceptia actuala de implementare alegilor de reglare), problemele rezistentei la intrare, ale valoriiconstantelor de timp, ale amplificarii si ale derivei nulului suntstrns legate ntre ele si reprezinta unele din problemeleprincipale ale constructiei acestor regulatoare.

Regulatoare electronice pentru procese rapide

Domeniul proceselor rapide cuprinde acele procesetehnologice care se caracterizeaza prin constante de timp pnala 10 sec. Un exemplu tipic l reprezinta procesele din domeniul


9/34

actionarilor electrice (reglari de pozitie, viteza, tensiune, curentetc.), al echipamentelor electroenergetice (generatoare sincrone,invertoare etc.), sau echipamentelor electrohidraulice (reglarea

turbinelor hidraulice).Sistemul unificat de reglare a proceselor rapide UNIDIN

cuprinde att aparatura de masurare (traductoare de curent, detensiune, de pozitie, de viteza, de rotatie etc.) ct si elementelede prelucrare a informatiei (regulatoarele) si dispozitivele decomanda (complexul de comanda pe grila) a elementelor deexecutie electrice (comutatoare cu tiristoare, amplificatoare

magnetice, masini electrice amplificatoare).Schema generala a unui regulator continuu destinat

proceselor rapide este prezentata n figura 3.7. si cuprindeamplificatorul de c.c. notat cu A si caracterizat de impedantelede intrare Z i si iesire Z e, de amplificarea n tensiune A u,impedantele de intrare Z 0 si Z 0

* (Z 0* pe calea de prescriere iar

Z 0 pe cea de reactie a sistemului) si impedantele de reactie

proprii regulatorului Z 1, Z 2 si Z 3.

Figura 3.7.Semnalul de abatere u 7 care ajunge la intrarea

regulatorului (raportat nsa la calea de reactie) este:


10/34

iar u e este tensiunea de iesire a regulatorului. n raport cu

dispozitia elementelor de reactie se defineste impedantaechivalenta a acestora:

.

Functia de transfer a amplificatorului A cu reactie va fi:

valabila pentru Z 0* = Z 0. Expresia V(s) depinde de toate

elementele de circuit din figura 3.7. n cazul idealizat, cnd A up g, Z i p g, si Z e p 0, coeficientul V(s) este unitar,rezultnd functia de transfer idealizata a regulatoarelor deforma:

.

Comportarea dorita se stabileste prin alegerea adecvata aelementelor de reactie Z 1, Z 2 si Z 3, de obicei rezistente si/saucondensatoare.

n tabelul 3.2 se prezinta tipurile uzuale de regulatoarefolosite, functiile de transfer si raspunsurile indiciale

corespunzatoare.


11/34

Tabelul 3.2.

Tipulregulatorului

Functia detransfer

Raspunsulindicial

P

PI

PD

PID

Precizia de realizare a legii de reglare si comportarearegulatorului UNIDIN sunt determinate, n afara de

caracteristicile deosebite impuse amplificatorului electronic, side calitatea componentelor electronice pasive (rezistente sicapacitati) din circuitul de reactie operationala care trebuie saaiba o precizie deosebita pentru a asigura invariatiacaracteristicilor de transfer ale regulatorului. Pentru aceasta sefolosesc rezistente bobinate de mare precizie sau cu peliculametalica si condensatoare cu film plastic sau metalic.

Regulatoare electronice pentru procese lente

Domeniul proceselor lente se caracterizeaza prin constantede timp mai mari de 10 s si cuprinde marea majoritate aproceselor industriale (industria chimica, metalurgica, industria


12/34

constructiilor de masini, industria materialelor de constructii, obuna parte din instalatiile utilizate n industria energetica etc.).O alta caracteristica generala a proceselor lente consta n faptul

ca timpul mort nu este neglijabil si trebuie luat n consideratien proiectarea regulatoarelor electronice.

Regulatoare electronice continue

Regulatoarele automate folosite pentru reglarea acestor procese trebuie sa asigure obtinerea unor constante de timpmari, fapt care implica dificultati constructive cu att mai mari

cu ct se cere o precizie de realizare a legii de reglare mai buna.Regulatoare electronice cu modulare si demodulare

Pentru eliminarea acestor inconveniente, la realizarearegulatoarelor automate pentru procese lente, una din primelevariante constructive utilizeaza principiul modularii sidemodularii reprezentat n figura 3.8. Aceasta solutie

constructiva prezinta marele avantaj ca realizeaza amplificarean curent alternativ (unde nu apare problema derivei nulului) sitotodata corectia se realizeaza simplu, n curent continuu,circuitul de reactie negativa operationala fiind conectat ntreamplificatoarele de curent continuu A 1 si A 2.

Modulatorul M si demodulatorul D, alimentate de laoscilatorul O, se realizeaza de regula cu tranzistoare n regim de

comutatie, cu diode varicap sau cu modulatoare magnetice.


13/34

Figura 3.8.

Solutiile moderne care folosesc amplificatoare operationalecu circuite integrate sunt prevazute la intrare cu tranzistoare cuefect de cmp TEC, care asigura rezistente de intrarecomparabile cu ale tuburilor electronice.

n prezent exista n exploatare o mare varietate deregulatoare electronice tipizate cu actiune continua, pentru procesele lente, care functioneaza pe principiul prezentat nfigura 3.8.

La noi n tara acest principiu a stat la baza realizariiregulatoarelor asimilate dupa o licenta Hokushin-Japonia.

Regulatoare continue cu circuite integrate

La ntreprinderea de Elemente de Automatizare (IEA)Bucuresti, iar mai apoi la ntreprinderea de ElectronicaIndustriala (IEIA) Cluj-Napoca a fost realizat un regulatorelectronic pentru procese lente, care face parte dinechipamentele sistemului unificat de reglare SEROM, conceputsi realizat n tara. Cele patru variante de regulator, denumitesimbolic ELC 1131z1134 sunt realizate cu circuite integrate, nconstructie modulara avnd semnalul de iesire continuu saudiscontinuu.


14/34

Regulatorul este prevazut cu elemente de interfata cucalculatorul pentru a putea fi folosit att n regim desupraveghere, ct si n conducerea numerica directa.

Regulatoarele electronice clasice destinate reglariiautomate a proceselor industriale uzuale realizeaza o functie detransfer idealizata de tip PID, de forma:

.

Efectele proportional, integral si derivativ sunt evidentiate

cantitativ prin constantele KR, T i, respectiv T d. Exista situatiipractice n care este indicata folosirea unor regulatoare P, I, PIsau PD. Regulatoarele PID aflate n fabricatie curenta satisfac siaceasta cerinta.

Considernd schema bloc simplificata a unui sistemde reglare automata (figura 3.9.), acesta s-ar comporta

ideal daca n orice moment de timp marimea de iesire ar

reproduce instantaneu variatiile marimii de intrare si ar fiinsensibila la variatiile marimii de perturbatie.

Figura 3.9.

Efectul derivativ D conduce la amplificarea nedorita afrecventelor nalte, asa nct functia de transfer reala n


15/34

majoritatea realizarilor practice ale regulatoarelor electroniceeste de forma:

care evita salturile nepermise ale semnalului de iesire la semnalde intrare treapta. Din aceleasi motive, adeseori efectulderivativ este introdus pe circuitul de masura.

Componentele proportionala si integrala ale legii de reglarese obtin cu ajutorul amplificatoarelor operationale. Componenta

derivativa se obtine indirect, cu ajutorul unui circuit integrator plasat n bucla de reactie negativa a unui amplificator (figura3.10.).

Functia de transfer echivalenta va fi:

.

Figura 3.10.

Factorul de amplificare A este dat de A = R 2/R 1 iarconstanta de timp de derivare T d = RdC d/E este ajustabila prinpotentiometrul P.


16/34

Regulatoarele electronice pentru procese lente folosescamplificatoare operationale de buna calitate si realizeaza functiisuplimentare de limitare simetrica sau nesimetrica a marimii de

iesire, compensarea tensiunilor de deriva, atenuarea semnalelorde frecvente nalte (zgomote), protectia intrarilor etc. Totodataasigura valori n limite largi ale constantelor K R, T i, T d.Uneori, n locul constantei de proportionalitate KR se utilizeazanotiunea de banda de proportionalitate BP, definita ca procentuldin domeniul marimii de intrare n regulator pentru care seproduce o marime de iesire de 100 %, de catre efectul P. Dacadomeniul marimii de intrare este egal cu domeniul marimii de

iesire, atunci relatia dintre BP si KReste:

KR=100/BP [%].

Regulatorul PID continuu ELC 1132

Este un regulator cu structura PID, face parte din sistemulunificat cu circuite integrate SEROM si este destinat utilizarii

n bucle de reglare automata aferente proceselor tehnologicelente, cnd elementele de executie sunt de tip continuu.

n functie de variantele de echipare: cu sau fara sursainterna de referinta, cu circuit de reactie operationala ce permiteobtinerea unei legi de reglare PI sau PID, se deosebesc diferitevariante ale acestor regulatoare.

Functional, se compara valoarea marimii reglate (demasura) cu cea prescrisa (de referinta), rezultnd abaterea dereglare care este prelucrata analogic. Se obtine marimea decomanda ce actioneaza n sensul micsorarii abaterii de reglare.Semnalele de intrare se obtin de la traductoare, nregistratoare,


17/34

alte regulatoare, calculatoare de proces etc. si pot fi semnaleunificate (n curent sau tensiune) sau impulsuri modulate ndurata (regim "calculator"). La iesire se obtine un semnal

continuu de curent unificat care se poate aplica fie elementuluide executie, fie altui regulator (reglare n cascada). Cuplarea cuun calculator se poate face fie n regim de comanda a referintei(SCC) fie n regim de comanda a semnalului de iesire (DDC).

Ansamblul functional se gaseste ntr-o carcasa paralelipipedica, montat pe un sasiu glisant, schema electricafiind echipata pe module debrosabile, cu un panou frontal

(figura 3.11.) avnd elementele principale de comanda sisemnalizare.

Figura 3.11.

1. Indicator abatere 6. Buton pentru

echilibrare;2. Indicator semnal deiesire;

7. Buton sensibilitateabatere;

3. Banda indicatoarereferinta interna;

8. Butoane actionaresemnal iesire;

4. Buton comanda

referinta interna;9. Comutator automat-

manual A/M.5. Comutator referinta internaexterna I/E;


18/34

Pe panoul frontal sunt prevazute urmatoarele elemente deafisare: valoarea semnalului masurat sau a abaterii, valoareareferintei interne si/sau externe, valoarea semnalului de iesire.

De asemenea, pe panoul frontal operatorul poate actionaurmatoarele comenzi: selectarea modului de lucru A/M/C(automat/ manual/ cu calculatorul), selectarea referintei I/E(referinta interna sau externa), prescrierea referintei interne,comanda semnalului de iesire pentru functionarea n regimulmanual, echilibrarea referintelor, demultiplicarea cu 10 asensibilitatii indicatorului de abatere.

Cu ajutorul butoanelor din interiorul regulatoruluioperatorul poate efectua urmatoarele comenzi interne: prescrierea parametrilor de acordare BP, T i, T d; tipul decomanda, direct/ invers, n functie de caracteristica elementuluide executie ; stabilirea limitelor semnalului de iesire.

Parametrii de acordare sunt:

BP: 2z500 % continuu; 2z1000 % la comandaspeciala;

T i: 0.6z2000 s continuu pe trei trepte;

T d: 0,5z800 s continuu pe trei trepte.

Limitarea inferioara a semnalului de iesire: 0 %.

Limitarea superioara a semnalului de iesire: 100 %.

Aparatul se compune din urmatoarele subansamblefunctionale:


19/34

1. Subansamblul de comanda si afisare: permite comandamanuala a referintei, a semnalului de iesire, precum siurmarirea abaterii de reglare si posibilitatea de comutare pe

referinta externa sau pe functionare automata.2.Placa de baza care este echipata cu sursa de alimentare,

conectoarele pentru module functionale si conectorul de cuplarela carcasa. Legaturile electrice se realizeaza prin cablajul placiide baza.

3.Module functionale:

F807 - modul de intrare;

F926N - modul de derivare;

F929N - modul PI continuu;

F506 - modul convertor tensiune-curent;

F416 - modul sursa stabilizata des

15 V.Structura generala a regulatorului corespunde figurii 3.12.

Figura 3.12.


20/34

Asa cum se poate observa si din structura prezentata nfigura, aceste regulatoare au o functie de transfer de forma:

.

Modulul de intrare F807: ndeplineste functiile de conversiedomeniu, de comparator si amplificator de eroare. El primestela intrare semnal de masura pe care l compara cu referinta. ncazul in care ntre aceste semnale exista eroare modululgenereaza un semnal (pozitiv sau negativ) care se transmite inexterior pentru afisare pe instrumentul de abatere si cu semnschimbat modulului PI continuu F929N.

Figura 3.13.

Totodata semnalul de masura amplificat astfel ca domeniulsau de variatie sa fie 10 V este aplicat modulului de derivare.

Operatia de scadere se realizeaza cu amplificatorul

operational A 2, care este prevazut cu reactie negativa de filtrarea zgomotelor. Amplificatoarele A 1, A 3 si A 4 servesc, pentruadaptarea si inversarea semnalelor de la intrarea acestora,precum si pentru filtrare.


21/34

Alimentarea amplificatoarelor cu s15 V se face prin filtreamplasate pe modul.

Modulul de derivare F926: realizeaza functia de derivare prinprocedeul expus anterior. Solutia ca elementul pentru derivaresa fie conectat n circuitul marimii masurate asigura micsorareanivelului de zgomot la modificarea de catre operator a marimiide referinta. Reteaua de derivare realizeaza o constanta de timpde derivare ntre limitele 0,5z800 s reglabila continuu, cu unpotentiometru si n trei trepte, cu ajutorul unor strapuri. Efectulderivativ poate fi anulat prin scoaterea modulului F926 si

realizarea unei legaturi ntre intrare si iesire n conectorulmodulului.

Modulul PI continuu F929: realizeaza functia proportional-integratoare. Banda de proportionalitate se regleaza continuu cuajutorul unui potentiometru n gama 2z500 % iar constanta detimp de integrare T i n limitele 0,6z2000 s continuu, cu un potentiometru si pe trei trepte, prin realizarea unor strapuricorespunzatoare.

Modulul stabilizator F416: asigura alimentarea cu tensiunestabilizata de s15 V a ntregului aparat.

Placa tensiunii de referinta: contine un etaj stabilizator de +10V, care asigura tensiunea de alimentare a potentiometrului dereferinta interna.

La punerea n functiune a unei bucle de reglare, regulatorulse comanda manual pna ce procesul se stabilizeaza la valoareadata. Aceasta se face cu comutatorul A/M pe pozitia M(Manual) cu ajutorul comenzilor directe asupra iesirii si a


22/34

potentiometrului de referinta interna - comutatorul I/E pe I(Intern).

Pentru acordare se procedeaza astfel:

- se fixeaza BP maxim (500 %); T i maxim (2000 s); T d minim(0,5 s);

- se da o variatie de cteva procente a semnalului de referintainterna si se comuta pe regim automat. Se urmareste semnalulde masura (curba de raspuns). Se repeta operatia cu valoriinferioare pentru BP pna la valoarea la care curba de raspuns

devine oscilanta. Se majoreaza BP fata de aceasta pozitie cu otreapta.

- valoarea pentru T i se stabileste n mod similar pe rnd;

- n functie de tipul elementului de executie (cu actiune directasau inversa) se aseaza comutatorul de pe placa PI, Direct/Inverspe pozitia corespunzatoare.

Obtinerea componentelor legii de reglare

Obtinerea componentei proportional integrale

Pentru schema de integrator din figura 3.14., scriind sumacurentilor la intrarea inversoare rezulta:


23/34

Figura 3.14.

n care semnificatia notatiilor utilizate este urmatoarea:

U d - tensiunea de decalare (offset);I p - curentul de polarizare (bias);

I f- curentul de fuga al condensatorului.

Din relatia de mai sus se poate determina tensiunea de iesire:

sau sub forma operationala:

Din functia de transfer a unui element de integrare ideal sepoate deduce:

unde R.C = T i.

Se poate observa ca n afara de termenul util, de integrare atensiunii de intrare, la iesirea elementului integrator din schemaanalizata apar termeni paraziti care produc erori de integrare.

n primul rnd se constata transferarea la iesire a tensiunii

de decalare U d. Aceasta sursa de erori este mica deoareceraportata la semnalul maxim de iesire (5z10 V) nu reprezintadect 0.02z0.04 .

n al doilea rnd apare un efect al integrarii acestei tensiunireziduale si aceasta componenta are o contributie redusa in


24/34

cazul erorii totale de integrare, deoarece timpul in careintegrarea tensiunii U d duce integratorul la limitare este multmai lung dect timpul de integrare al tensiunii U i.

Efectul curentului de fuga al condensatorului este, deregula, redus. Micsorarea acestui efect se obtine prin utilizareaunor condensatoare cu rezistente de izolatie mari.

Cel mai important dintre efectele parazite ramne nsaefectul de polarizare. Acesta se manifesta printr-o cadere detensiune pe rezistenta R (limitnd prin aceasta valoarea ei) si

prin variatia curentului cu temperatura.O metoda de micsorare a acestor efecte consta in

compensarea lor cu un circuit ca cel din figura 3.15. Metoda sebazeaza pe folosirea divizorului realizat cu rezistentele R1, R2si dioda D, compensarea curentului de polarizare fiind realizatade o fractiune din caderea de tensiune directa de pe dioda D.

Figura 3.15.

Pentru o buna compensare a variatiei cu temperatura serecomanda ca divizorul sa fie format din rezistente mici cavaloare.


25/34

O cerinta care se impune integratoarelor utilizate nconstructia regulatoarelor consta n modificarea timpului deintegrare T i.

Pentru aceasta se pot folosii trei metode:

- modificarea rezistentei de la intrarea amplificatorului;

- modificarea pozitiei cursorului unui potentiometru plasat laiesirea amplificatorului;

- metode electrice.

Conform primei metode, pentru a modifica timpul deintegrare care este definit prin relatia T i = R

.C, modificareacontinua a capacitatii fiind greoaie, se poate proceda lamodificarea in trepte a capacitatii C si modificarea continua arezistentei R.

A doua metoda consta in folosirea unui divizor la iesirea

amplificatorului operational (figura 3.16.). n acest caz functiade transfer a circuitului va fi:

unde k reprezinta fractiunea din tensiunea de iesire aplicatacircuitului de reactie (kmax = 1).

Figura 3.16.


26/34

Considernd ca divizorul lucreaza in gol, T i va aveaexpresia:

T i = k.R.C.

A treia metoda consta in modificarea prin metode electricea constantei de integrare (figura 3.17.). n acest caz valoareaacesteia este determinata n functie de un semnal extern,reprezentat de regula prin tensiunea U.

Se poate arata ca valoarea constantei de integrare este datade:

T i = Rech.C = f(u).

Figura 3.17.

Schema are doua subansamble: circuitul cu amplificatorulA 1 formeaza blocul integrator, iar circuitul cu A 2 formeaza ungenerator de tensiune in dinte de fierastrau a carui frecventaeste comandata de tensiunea U si care serveste pentru saturareasau blocarea tranzistorului cu efect de cmp.

Circuitul integrator (figura 3.18.) poate functiona in trei

moduri: integrare in limite predeterminate (reset), integrarentre limitele amplificatorului (integrare), memorare (hold).

Functionarea in regim "reset". La nchiderea comutatoruluiK1, cu K2 pe pozitia 2, circuitul integreaza pna la limita fixata


27/34

de divizorul de tensiune R1R2. Prin aceasta operatie se pot fixaconditiile initiale ale functionarii integratorului. Pentru R1 = R2, tensiunea U e se stabileste n final la valoarea U r.

Figura 3.18.

Functionarea n regim "Integrare". La trecereacomutatorului K2 pe pozitia 1 si deschiderea lui K1 schemaintegreaza tensiunea U i, tensiunea U e ncepnd sa varieze de lao valoare U rprestabilita anterior n functionarea "Reset".

Functionarea "Hold". n timpul n care K1 este deschis si K2 se trece de pe o pozitie pe alta, deci si acesta este deschis,capacitatea C i mentine sarcina acumulata anterior deschiderii

comutatorului. Functia "Hold" reprezinta de fapt un regim dememorare.

n cadrul regulatoarelor, circuitele de integrarefunctioneaza n doua dintre modurile mentionate:

- functionarea n regim de integrare, cnd regulatorullucreaza n regim "Automat";

- functionarea n regim de memorare cnd se trece n regim"Manual" sau "Calculator".

n regim "Manual" functia de reglare este preluata de unoperator iar n regim "Calculator" de un calculator (sistem


28/34

DDC); comutatorul K2 este pus n pozitia 3, aplicndu-se astfel pe intrarea neinversoare tensiunea provenita de la comandamanuala sau de la calculator.

Modul de functionare "Hold" asigura continuitateatensiunii de iesire U e, cnd au loc trecerile de la regimul A la Msau C si invers. n consecinta aceste comutari se fac fara soc sifara reglaje prealabile (echilibrari), conditie de baza pentrufunctionarea regulatoarelor n sistemele de reglare automata.

Pentru realizarea legii de reglare PI s-a experimentat

industrial schema prezentata n figura 3.19.:

Figura 3.19.

Determinarea functiei de transfer se face n conditiiidealizate avnd n vedere configurarea schemei. Tensiunea dela iesirea amplificatorului A 1, care este marimea de comanda,este definita de relatia:

,

dar tensiunea definita la iesirea amplificatorului A 2 poate fideterminata din relatia:

,


29/34

unde prin T i s-a notat constanta de integrare. Dupa transformarielementare, din

relatiile de mai sus se obtine:

.

Din functionarea blocurilor de reglare care contin ocomponenta integrala se cunoaste ca este necesar caamplificarea n c.c. sa fie ct mai mare. Din acest motiv sealege R2 >> R1 si atunci din relatia de mai sus se defineste

functia de transfer a blocului de reglare:

.

Avantajul acestei scheme consta n obtinerea componenteleproportionala si integrala cu coeficient de interinfluenta zero.

Obtinerea componentei derivative

Cea mai simpla cale pentru obtinerea componenteiderivative consta n folosirea unei rezistente pe reactie si a unuicondensator pe intrare. Functia de transfer a circuitului nconditii ideale, va fi:

,

unde T d = R.C reprezinta constanta de timp de derivare.


30/34

Figura 3.20.

La circuitele de derivare nu se pune problema marimilorreziduale ale amplificatorului operational deoarece acestemarimi sunt lent variabile, iar sensibilitatea regulatorului estefoarte scazuta la frecvente joase. n schimb, problema principala care se pune la amplificatoarele de derivare este problema zgomotelor si n principal a componentelor dezgomot la frecvente relativ ridicate. Deoarece caracteristicaamplificarefrecventa a derivatorului ideal este liniarcrescatoare, este posibil sa apara componente ale zgomotului

care sa depaseasca marimea utila.Acest fapt a facut ca la realizarea derivatoarelor pentru

regulatoare de procese lente sa se introduca n functia detransfer a derivatorului termeni care sa determine frngeri alecaracteristicii amplificare frecventa, pentru atenuareafrecventelor ridicate.

Examinnd functionarea circuitului de derivare n conditiireale, lund n considerare si componentele parazite, se poatededuce o functie de transfer de forma:

,

unde E este o constanta.

Analiznd aceasta functie de transfer se constata ca eacontine la numitor termenul 1+E.T d

.s care determina o frngerea caracteristicii de frecventa.


31/34

Figura 3.21.

n cele mai multe cazuri, prin introducerea unor capacitatisuplimentare se realizeaza o a doua frngere a caracteristicii, pentru anularea totala a amplificarii la frecvente ridicate. nacest caz, caracteristica de frecventa a unui circuit de derivarese reprezinta ca n figura 3.21.

T 0 este constanta de timp creata de capacitatea indusa

suplimentar, iar constanta E.T d determina primul punct defrngere a caracteristicii.

O metoda des utilizata pentru a obtine o astfel decaracteristica este prezentata n figura 3.22.

Figura 3.22.

Functia de transfer a acestei scheme este:


32/34

.

Valorile E.T d si T 0 sunt determinate de factorii de la

numitorul functiei de transfer.

Modificarea timpului de derivare se face n aceleasi modurica pentru integrator. Comanda constantei de timp de derivare Td, n functie de un semnal extern se poate realiza n limite mailargi n montajul din figura 3.23.:

Figura 3.23.

Blocul A 1 are n acest caz rol de sumator si de

amplificator. Blocul A 2 si tranzistorul TEC formeaza unintegrator aflat pe calea de reactie a amplificatorului A 1, ceeace confera acestuia n final functia de derivare.

Rezistentele circuitului sunt astfel alese nct tensiunea deiesire este definita de relatia:

,

unde tensiunea de reactie este data de relatia:

.


33/34

Dupa unele simplificari, rezulta n final relatia:

.

Deci functia de transfer este:, unde .

Folosind o tensiune externa pentru comanda tranzistoruluiTEC, rezistenta drena sursa a acestuia se va modifica invers proportional cu aceasta tensiune si deci se va modifica Rech.Rezulta astfel ca T d este n functie de tensiunea externa U si

poate fi modificat de acest semnal exterior.

Figura 3.24.O schema pentru obtinerea efectului derivativ a legii de

reglare este prezentata n figura 3.24. Aceasta schema permitemodificarea continua si n trepte a constantei de derivare si esteprevazuta cu o filtrare a zgomotelor de nalta frecventa. Pentrudeducerea functiei de transfer se scriu ecuatiile cecaracterizeaza functionarea circuitelor componente.

n final se obtine:


34/34

,

unde T d = f(k).T d1, T d1 = RC.

Constantele de timp parazite T 1 si T 2 sunt mult mai micidect constanta derivativa T d. Functia f(k) si constantele T 1 siT 2 sunt dependente de valorile rezistentelor de la intrarea si de pe reactia amplificatorului operational. Se observa ca T d estedefinit prin doi factori, care pot fi modificati independent prinschimbarea valorilor unor rezistente, respectiv rezistenta R 3pentru functia f(k) si rezistenta R pentru constanta de derivare Td1.

Documents

Regulatoare automate1