Автоматика.
    Автоматизация.
        Электротехнические
            комплексы и системы.

УДК    62-50

КОРРЕКЦИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИПА «РЕЛЕ С ЗОНОЙ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ»

Бобриков С.А., Пичугин Е.Д.

В [1] описан метод коррекции характеристик элементов системы управления, позволяющий улучшить как статические, так и динамические свойства элементов системы. Однако, как показано ниже, скорректировать указанным методом характеристику типа «насыщение», охватывая корректирующей связью элемент с подобной характеристикой, невозможно. На рис.1а приведена статическая характеристика реле, на рис.1б - схема системы коррекции элемента с релейной характеристикой.

Как указано в [1] величина коэффициента K должна быть как можно больше (например, K=100).  Определим входную величину реле x  (рис.1б):

                                  x=g+K[g-F(x)]=g(K+1)-KF(x).

При подаче на вход системы ступенчатого сигнала реле включится, если будет выполнено условие:  x<- b, либо  x > b. Пусть x > b  и реле включилось, при этом F(x)= Uc. Если KUc > g(K+1), то входная величина реле x поменяет свой знак и реле переключится в противоположном направлении. Теперь F(x) = -Uc, x > 0 и реле вновь включится в положительном направлении и т.д. В системе устанавливаются колебания, система не работоспособна.

Рис.2. Схема коррекции реле с интегратором                   Рис.3. Переходная характеристика

                                                                                                         системы коррекции по рис.2

Покажем, что скорректировать релейную характеристику можно, если последовательно с реле включить интегратор. Схема подобной коррекции показана на рис.2. При подаче на вход системы ступенчатого сигнала (например, положительного) реле включается в положительном направлении. Выходная величина y начинает изменяться следующим образом:     .  Входная величина реле x при этом равна

.

С течением времени x уменьшается и при условии, что x < b реле отключится. При этом

. Так как K>>1, то можно записать: , откуда следует:

         y≈g.

На рис.3 показана переходная характеристика, полученная для схемы рис.2 при следующих численных значениях параметров схемы:  b=2, Uc=1, g=1, K=100.

В качестве примера рассмотрим систему управления, в которой роль исполнительного механизма выполняет двигатель, управляемый трехпозиционным реле. При наличии зоны нечувствительности (в некоторых случаях она необходима для устранения возможных автоколебаний) система управления становится нечувствительной к малым изменениям ошибки управления, точность регулирования при этом не может быть высокой. Примером может служить система регулирования температуры газовой печи. В таких системах для коррекции нелинейной характеристики реле может быть использован метод, описанный выше.

Рис.4. Функциональная схема системы управления

Функциональная схема системы приведена на рис.4. На схеме приняты следующие обозначения:

1 – задающее устройство;

2 – предварительный усилитель-преобразователь;

3 – усилитель мощности с релейной характеристикой;

4 – исполнительный двигатель с регулирующим органом;

5 – объект управления с измерительным устройством.

  Структурная схема системы представлена на рис.5.

Рис.5. Структурная схема системы регулирования температуры

  Структурная схема системы с корректирующей связью показана на рис.6. Сигнал, подаваемый на вход корректирующей цепи, снимается с выхода регулирующего органа, что физически может быть реализовано.

Путем моделирования установлено, что в качестве звена с «желаемой» передаточной функцией (звено 6 на рис.6) наилучший результат получается при условии, что передаточная функция звена 6 равна

.

Рис.6. Структурная схема системы с коррекцией участка цепи

с нелинейной характеристикой

Звено 7 – пропорциональное  -   K_K =(50 – 100).

На рис.7 приведена переходная характеристика, полученная при следующих значениях параметров системы: K₁=1; T₁=0,1; K₂=1; T₂=0,2; Ko=1;  To=5c; t=2c; K₃=1; K₄=0,18. Статическая характеристика релейного звена показана на рис.1а. Изменение зоны нечувствительности b в пределах от нуля до ±5  практически не влияет на вид переходной характеристики. На рис.8 приведена статическая характеристика участка цепи, охваченного компенсирующей связью - от точки x до точки y (рис.6).

	Рис.7. Переходная характеристика        Рис.8. Статическая характеристика           системы с коррекцией реле                       участка цепи, охваченного                                                                                компенсирующей связью

1.                   Бобриков С.А., Пичугин Е.Д.  Коррекция характеристик элементов системы управления // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы.- 2003.- №1(11).-С.10-14.