Клюев А. С.
I Автоматическое регулирование: Учеб. для сред. спец. учеб. заведений. — М.: Высш. шк., 1986. — 351 с.: ил.
В пер.: 1 р.
В учебнике изложены основные вопросы прикладной теории автоматического регулирования, рассмотрены наиболее распространенные элементы автоматических устройств, регуляторов и их статические и динамические свойства. Кратко изложены вопросы синтеза автоматических систем, определения оптимальных параметров настройки регуляторов с использованием основных положение теории автоматического регулирования; приведены поясняющие примеры и числовые расчеты, позволяющие глубже понять физическую сущность и практическую полезность теории автоматического регулирования
ПРЕДИСЛОВИЕ
Огромный размах капитального строительства а нашей стране, сложность сооружаемых технологических установок, работающих на критических и сверхкритйческих параметрах, необходимость повышения эффективности работы во всех отраслях народного хозяйства требуют выполнения все возрастающего объема работ по монтажу и наладке современных средств автоматизации и автоматических систем управления технологическими процессами.
Автоматизация производства кроме экономических решает большие социальные задачи, повышая культуру производства, интеллектуальность труда. Если в условиях капиталистической системы автоматизация производства приводит к росту безработицы и, следовательно, к дальнейшему снижению уровня жизни рабочего класса, то в условиях социализма автоматизация производства повышает производительность общественного труда, способствует совершенствованию социально-экономического развития страны », как следствие, улучшает благосостояние всего народа. Эти факторы, раскрывая преимущество социалистического строя, широко используются .в идеологической, политико-воспитательной работе среди нашего народа.
При решении вопросов автоматизации производства особые требования в настоящее время предъявляются к качеству выполнения наладочных работ; оптимальности реализованных параметров настройки автоматических регулятЪров. Для этого необходимо повысить уровень подготовки специалистов-техников по монтажу и наладке средств автоматизации и автоматических систем управления технологическими процессами.
Настоящий учебник написан в соответствии с программой курса «Автоматическое регулирование» для учащихся средних специальных учебных заведений по специальности 0624 «Монтаж и наладка систем контроля и автоматики», утвержденной Главным управлением кадров и учебных заведений Министерства монтажных и специальных строительных работ СССР.
В отличие от ранее изданных учебников в настоящем учебнике особое внимание уделяется прикладным вопросам теории автоматического управления, которые рассматриваются применительно к реальным системам регулирования; даются примеры решения практических задач на основе изученных теоретических положений. Учебник состоит из семи глав. В гл. 1 даны основные понятия автоматических систем регулирования; рассматриваются их основ-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............................. 3
Введение ................................ 5
Основные сокращения и обозначения............... 8
Глава 1. Автоматические системы регулирования и их элементы .... И
§ 1.1. Основные определения и понятия.............. 11
§ 1.2. Элементы автоматических систем................. 14
Классификация элементов................... 14
§ 1.3. Общие свойства и характеристики элементов............ 17
Статические характеристики ............... .... 18
Динамические характеристики................... 22
§ 1.4. Электрические и электромеханические элементы........... 25
Контактные элементы........•............... 26
Преобразователи активного сопротивления ............ 29
Резисторные угольные преобразователи.............. 34
Тензорезисторные преобразователи................ 36
Индуктивные преобразователи.................. 38
Трансформаторные преобразователи............... 42
Магнитоупругие преобразователи................ 46
Индукционные преобразователи................ 47
Емкостные преобразователи................... 48
§ 1.5. Электромеханические реле..................... 50
Классификация и основные параметры релейных элементов ... 50
Электромагнитные нейтральные реле постоянного тока..... 52
Контактные реле........................ 56
Электромагнитные поляризованные реле............. 57
Электромагнитные реле переменного тока............ 60
Магнитоуправляемые (безъякорные) реле.......... 61
Вибропреобразователи ..................... 64
Электромеханические исполнительные механизмы......... 66
Электромагнитные исполнительные механизмы........... 73
§ 1.6. Ферромагнитные элементы..................... 75
Свойства ферромагнитных материалов.............. 75
Дроссели насыщения...................... 80
Магнитные усилители..................... 81
Магнитные модуляторы..................... 87
Ферромагнитные стабилизаторы.................. 89
Ферриты и оксиферы....................... 91
§ 1.7. Пневматические и гидравлические элементы............ 92
Пневматические усилители.................... 92
Пневматические преобразователи с компенсацией перемещений и
сил............................... 94
Гидравлические усилители.................... 97
Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы . . 101
Глава 2. Основы теории автоматического регулирования......... 104
§ 2.1. Классификация автоматических систем регулирования по алгоритму
функционирования......................... '04
§ 2.2. Структурные схемы автоматических систем............. '06
§ 2.3. Описание работы автоматических систем.............. Ю9>
348
2.4. Преобразование Лапласа и передаточные функции...........-
2.5. Передаточные функции соединений и систем......... 100
Последовательное соединение звеньев ............... 120
Параллельное соединение звеньев................. 121
Встречно-параллельное соединение звеньев или соединение с обратной связью .... v........ . . •........... 121
Передаточные функции автоматических систем регулирования . . 123
„„„„„„.„„„„У ОсеМ.......... 124
• r*t*
11ередаточпмс ^j "•"•.—---
§ 2.6. Эквивалентные преобразования структурных схем.......... .--
§ 2.7. Статические и динамические свойства соединений и систем .... 12&
Статические и динамические характеристики соединений и систем 126
Статические и астатические системы............... 126
Частотные характеристики ... ................ 136
§2.8. Устойчивость линейных автоматических систем регулирования . . . 143
Понятие об устойчивости систем................. 143
Критерий устойчивости Рауса................... 148-
Критерий устойчивости Михайлова................ 151
Критерий устойчивости Найквиста................ 156
Логарифмический критерий устойчивости............. 160
§ 2.9. Качество процессов регулирования................. 161
Показатели качества процесса регулирования . .......... 161
Метод оценки качества процесса по распределению корней характеристического уравнения системы................ 164 '
Оценка качества процесса по амплитудно-частотной характеристике замкнутой системы.....*...........'...... 165
Оценка качества процесса по комплексной частотной и логарифмическим частотным характеристикам разомкнутой системы .... 166
Интегральные оценки качества процесса............. 169
Приближенное построение переходного процесса по вещественной частотной характеристике системы................ . 171
Глава 3. Статические и динамические характеристики типовых звеньев,
соединений и объектов регулирования ............. 176
§ 3.1. Передаточные функции, временные и частотные характеристики типовых динамических звеньев . .................. 176
Усилительное звено ....................... 178
Интегрирующее звено..................... 179
Дифференцирующее звено.................... 182
Апериодическое звено..................... 183
Колебательное звено...................... 18&
Запаздывающее звено...................... 197,
§ 3.2. Соединения типовых звеньев................... 199
Реальное интегрирующее звено.................. 200
Реальное дифференцирующее звено................ 201
Интегродифференцирующее звено.....,.......... 202
Соединение звеньев с запаздывающим звеном.......... 205
§ 3.3. Передаточные функции и временные характеристики объектов регулирования ............................ 206
•Статические объекты....................... 206
Астатические объекты..................... 210
§ 3.4. Типовые идеальные регуляторы.................. ,21,1
Пропорциональные регуляторы .............' . . . . 21,1
Интегральные регуляторы.................... 213
Дифференциальные регулирующие устройства........... 215
Пропорционально-интегральные регуляторы............ 216
Пропорционально-дифференциальные регуляторы......... 219
Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы . . 221
Глава 4. Классификация и типовые структуры промышленных автома- -
тических регуляторов. Регулирующие органы.......... 222
§ 4.1. Классификация автоматических регуляторов ............ 222
'§ 4.2. Структурные схемы промышленных регуляторов , ,........ 225
349
Схемы пропорциональных регуляторов.............. 226
Схемы пропорционально-интегральных регуляторов........ 228
Схемы пропорционально-интегрально-дифференциальных регуляторов ............................... 230
Схемы релейно-импульсных регуляторов с исполнительными механизмами постоянной скорости ................... 233
§ 4.3. Позиционные регуляторы...................... 242
§ 4.4. Автоматические регуляторы прямого действия.......'. . . . . 245
§ 4.5. Регулирующие органы....................... 247
Шиберы............................. 250
Поворотные заслонки................. 251
^ Регулирующие клапаны..................... 252
Выбор и расчет регулирующих органов . ............ 254
Глава 5. Электрические автоматические регуляторы........... 258
§ 5.1. Электрические позиционные регуляторы.............. 258
Полупроводниковый двухпозиционный терморегулятор ПТР-2 . . . 258
Полупроводниковый трехпозиционный терморегулятор ПТР-3 . . 259
Позиционные регулирующие устройства приборов серии КС . . . 261
§ 5.2. Электрическая унифицированная система приборов автоматического
регулирования типа «Каскад»................... 263
Измерительный блок И-04.................... 265
Релейный регулирующий блок Р-21............... 268
Регулирующий аналоговый блок Р.-12.............. 270
Блок дифференцирования Д-01.................. 273
§ 5.3. Электрические регулирующие устройства комплекса РП2 и КП2 . . 274
Структурная схема регулирующих устройств комплексов РП2 274
и КП2.............................
§ 5.4. Агрегатный комплекс электрических средств регулирования .... 276
Регулирующие импульсные блоки РБИ............. 279
Регулирующий аналоговый блок РБА.............. 283
§ 5.5. Электрические регуляторы системы «Контур»........... 285
Глава 6. Пневматические автоматические регуляторы.......... 288
§ 6.1. Элементы пневматических автоматических регуляторов....... 288
Пневмоемкость......................... 288
Пневмосопротивление...................... 288
Пневматические усилители.................... 289
Усилители мощности...................... 293
Дроссельный сумматор.................... . 294
Апериодическое звено...................... 296
Интегратор........................... 296
Дифференциатор........................ 297
Повторитель пневматического сигнала............... 299
Реле пневматического переключения............... 299
§ 6.2. Пневматическая аппаратура системы «Старт»......... . . . 300
Прибор алгебраического суммирования ПФ1.1........ . . . 300
Прибор прямого предварения ПФ2.1............... 301
Позиционный регулятор ПР1.5................. 303
Пропорциональный регулятор ПР2.8............... 303
Пропорционально-интегральный регулятор ПР3.31........ 306
Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор
ПР3.35............................ 308
Регулятор соотношения ПРЗ.ЗЗ................. 309
§ 6.3. Аппаратура для подготовки воздуха................ 310
Глава 7. Синтез автоматических систем и определение оптимальных параметров настройки регуляторов................ 313
§7.1. Понятие о синтезе" автоматических систем............. 313
§ 7.2. Структурный синтез автоматических систем............. .315
§ 7.3. Синтез инвариантных систем.................... 319
Основы теории инвариантности.....N.............. 3191
Системы с компенсацией возмущений............... 322
Каскадные системы....................'.'. 323
§ 7.4. Принципы синтеза оптимальных (экстремальных) систем . . . . 327
Особенности применения УВМ для реализации АСУ ТП...... 329
§ 7.5. Определение оптимальных параметров настройки регуляторов . . . 332
Графоаналитические методы определения оптимальных настроек 332 Определение оптимальных параметров настройки ПИ-регуляторов
из режима вынужденных колебаний разомкнутой системы..... 334
. Организованный поиск оптимальных параметров настройки регуляторов...................... 335
Алгоритмический метод настройки аналоговых ПЙД-регуляторов 338 Определение оптимальных.параметров настройки двухпозиционных
регуляторов................... 340
Заключение....................... -^
Список литературы................ 344
Предметный указатель................. 345