Regulatoare automate (RA)

Regulatoare automate (RA)

1. Notiuni generale

Regulatorul automat are rolul de a prelucra operational semnalul de eroare ε (obtinut in urma comparatiei liniar - aditive a marimii de intrare r si a marimii de reactie yr in elementul de comparatie) si de a da la iesire un semnal de comanda u pentru elementul de executie.

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

Cu toate ca exista o mare varietate de regulatoare, orice regulator va contine urmatoarele elemente componente: amplificatorul (A), elementul de reactie secundara (ERS) si elementul de comparare secundara (ECS).

Amplificatorul (A) este elementul de baza. El amplifica marimea ε1 cu un factor KR deci realizeaza o relatie de tipul

u_(t) = K_R ε_1(t)

unde K_R reprezinta factorul de amplificare al regulatorului.

Elementul de reactie secundara ERS primeste la intrare marimea de comanda u (de la iesirea amplificatorului) si elaboreaza la iesire un semnal x_rs denumit marime de reactie secundara.

Elementul de comparare secundara (ECS) efectueaza continuu compararea valorilor abaterii ε  si a lui xrs dupa relatia

ε_1(t) = ε_(t) - x_rs(t).

ERS este de obicei un element care determina o dependenta proportionala intre xrs si u. Regulatorul poate avea o structura mai complicata. De exemplu, la unele regulatoare exista mai multe etaje de amplificare, la altele exista mai multe reactii secundare necesare obtinerii unor legi de reglare mai complicate.

Structura regulatoarelor automate. 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 si marimea de intrare), cat si a unor functii auxiliare de indicare, semnalizare a depasirii valorii normale pentru anumite marimi, desaturare, trecere automat - manual.

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.

Prin alegerea convenabila a relatiei de corectie (care prezinta o anumita functie de transfer HC(s)) se obtin diferiti algoritmi de reglare. Pentru legile de reglare tipizate functiile de transfer ideale au expresiile:

Regulator P:  H_R(s) = K_R

Regulator PI:H_R(s) = K_R *(1 + 1/Ti*S )

Regulator PID: H_R(s) = KR *(1 + (1/Ti*S) + Td*S + 9*Td/Ti  )

unde KR reprezinta factorul de amplificare, Ti - constanta de timp de integrare, Td - constanta de timp de derivare iar 9 - factorul de interinfluenta.

In anexa 2 sunt date schemele de conexiuni ale amplificatoarelor operationale pentru realizarea operatiilor de baza:

Amplificator operational neinversor;

Amplificator operational inversor;

Amplificator operational inversor sumator;

Amplificator operational diferential; 

Amplificator operational integrator; 

Amplificator operational derivativ.

2. Clasificarea regulatoarelor

Se poate face dupa mai multe criterii.

a) In functie de sursa de energie exterioara folosita, acestea se clasifica in:

regulatoare directe - atunci cand nu este necesara o sursa de energie exterioara, transmiterea semnalului realizandu-se pe seama energiei interne;

regulatoare indirecte - cand folosesc o sursa de energie exterioara pentru actionarea elementului de executie.

b) Dupa viteza de raspuns exista:

regulatoare pentru procese rapide folosite pentru reglarea automata a instalatiilor tehnologice care au constante de timp mici (mai mici de 10 s).

regulatoare pentru procese lente folosite atunci cand constantele de timp ale instalatiei sunt mari (depasesc 10 sec).

c) In functie de particularitatile de constructie si functionale avem clasificarile:

• Dupa tipul actiunii:

o      regulatoare cu actiune continua - sunt cele in care marimile (t) si u(t) variaza continuu in timp;

o      daca dependenta dintre cele doua marimi este liniara, regulatorul se numeste liniar;

o      daca dependenta dintre cele doua marimi este neliniara, regulatorul este neliniar;

o      regulatoare cu actiune discreta sunt cele la care marimea (t) deci si u(t) reprezinta un tren de impulsuri.

Dupa caracteristicile constructive exista:

o      regulatoare unificate utilizate pentru reglarea a diferiti parametrii (temperatura, presiune, etc.);

o      regulatoare specializate utilizate numai pentru o anumita marime.

Dupa agentul purtator de semnal exista:

• regulatoare electronice
• regulatoare electromagnetice
• regulatoare hidraulice;
• regulatoare pneumatice