位式調節中的振蕩幅度和頻率與哪些因素有關

2021-01-04 電子發燒友

  位式調節的基本概念 位式調節也叫做繼續調節,因其系統中存在著位式元件繼電器或無觸點開關而得名。位式調節系統是一種非線性系統,其調節過程中會出現穩定的、持續的振蕩過程(即使是不穩定振蕩過程也要發散到穩定的持續振蕩過程),三位式調節系統還會產生振蕩衰減過程。位式調節系統的輸出一般以繼電器觸點動作的形式出現,也有以無觸點的電子開關形式出現的。

  位式調節的任務是將測量值和給定值之差放大成繼電器觸點的動作。

  圖1a是二位式調節儀表的調節特性,圖1b是二位式調節系統的調節過程。

  圖1  二位式調節

  當測量值0,高於時Qa時,繼電器釋放,而在測量值0x低於Qb時繼電器吸合。通常將Qa和0b的差值ΔQ=Qa-Qb稱為不靈敏區或死區或切換差,將(Qa+Qb)/2,稱為切換中值,切換中值與設定值0。之差稱為控制點偏差Qε。

  由圖1可以看出,二位式調節過程是一個穩定的、持續的振蕩過程,調節偏差在Δ0範圍內來回波動,沒有一個確定數值;調節儀的不靈敏區直接影響被調節參數的振蕩幅度,為使振蕩幅度不致太大,不靈敏區應不能太大;但不靈敏區也不能太小,否則將使繼電器動作頻率太高而降低其使用壽命,甚至使繼電器無法工作,所以要合理地調整調節儀表的不靈敏區。從圖1還可以看出,如果不靈敏區保持不變,被調節對象的時間常數飛減小,振蕩頻率將加大,所以位式調節適合於時間常數較大的對象,這樣,可以在同樣的不靈敏區內以較低的頻率工作。另外,被調節對象如果滯後時間t,則將使振蕩幅度加大,這是不利的,所以位式調節也只適用於對象滯後較小的場合,當然,滯後時間t大,振蕩頻率可以降低;最後還可以看出一點,在被調節對象時間常數愆恆定,給定值Q,或擾動改變時,振蕩幅度和振蕩頻率也隨之改變,如果不靈敏區不變,則繼電器振蕩頻率可以降低。

  由此可以得出這樣的結論:位式調節效果不僅取決於儀表本身的性能,還取決於被調節 對象的特性及儀表操作使用人員的素質和水平。對於一個熟練的儀表使用人員來說,即使被調節對象無法改變,也可以通過調節儀表的參數而使調節品質得到改善,反之亦然。

  當然,一般情況下總是希望位式調節系統的振蕩幅度越小越好,這樣可以減小被調節量變化的波動範圍,提高調節精度。同時,也總是希望振蕩頻率越小越好,這樣,不但可以減少被調節量的波動程度,還可以減少位式元件吸合次數,從而延長位式元件的使用壽命,而對於二位式調節儀表,這兩項指標是互相制約的,不能兩者同時兼顧,如果採用三位式調節儀表,情況將會有很大改善,如圖2所示。

  圖2  三位式調節
  a)調節特性 b)過渡過程

  圖2a是三位式調節儀表的調節特性,圖2b是二位式調節系統的過渡過程曲線。

  圖2a是不考慮滯環的三位式調節儀表的特性。圖中Q.1、Q,分別是下限、上限給定值,Q為平均給定值,2ΔQ,是三位式調節儀的中間帶,根據其值範圍大小不一樣,三位式調節儀表有所謂寬中間帶和狹中間帶之分。

  由圖2可以看出:當調節儀表的輸人QQ02>0.1時,調節器輸出為0,系統停止加熱。由於對象有慣性滯後,爐溫經過一段滯後時間,便開始下降,當下降至o<02時,高位繼電器又接通,以全功率的1/2加熱,爐溫又上升,若全功率的1/2能使爐溫升過給定值Q0被調量就在Q.2-L下持續振蕩;若全功率的1/2不能使爐溫升至給定值Q0,被調量就在Q01,上下持續振蕩;若全功率的1/2恰好能使爐溫維持給定值0,或維持在Q01<Q

  由此可見,三位式調節系統會出現穩定的持續振蕩過程,也可能出現衰減振蕩過程。即使是持續振蕩過程,其振蕩幅度也比二位式調節小,因此,三位式調節比二位式調節的調節精度高。

  從圖2b也不難看出,三位式調節過程振蕩幅度和頻率,仍然和調節儀表的中間帶、對象滯後及調節器輸人等有關。

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