Только пропорциональное управление

Итак, устройство пропорционального управления позволяет осуществлять плавную подстройку подаваемой на нагреватель мощности (от 0 до 100%). Диапазон температур, при котором мощность меняется от 0 до 100%, называют областью пропорциональности и выражают в процентах от рабочего диапазона прибора. Обычно нужное значение температуры лежит в середине области пропорциональности, хотя иногда и на верхней его границе. Например, если устройство имеет рабочий диапазон 500 ^оС, то 5%-ная область пропорциональности будет представлять собой зазор в 25 ^оС. На рис. 20 показана передаточная функция регулятора с пропорциональной обратной связью.

Рис. 19. Передаточная функция пропорционального управления.

Данный тип регулятора называют регулятором с обратной связью, поскольку выдаваемый им управляющий сигнал понижается с повышением температуры. При этом если температура превышает верхнее граничное значение Т₂то нагреватели полностью отключаются. В обратном случае нагреватели включаются на полную мощность. Ширина области пропорциональности может быть настроена в соответствии с требуемым режимом работы экструдера. При этом уменьшение ее ширины приводит к более крутому виду кривой зависимости мощности нагревателей от температуры. В обратном случае (при обращении ширины в нуль) пропорциональный регулятор начинает работать как простой импульсный регулятор, при этом все преимущества пропорциональности теряются.

Блок-схема пропорционального регулятора представлена на рис. 20.

Рис. 20. П-регулятор.

Выходной сигнал (поступающий на нагреватель) описывается уравнением

Когда нужная величина температуры задана в середине области пропорциональности, мощность, подаваемая на нагреватели при нулевой величине сигнала е, равна 50%.

В реальных условиях редко встречается такая ситуация, когда для поддержания заданной температуры необходимо включать нагреватель ровно на половину мощности. Поэтому температура начнет понижаться или повышаться, подстраивая уровень мощности, подаваемый на нагреватель, до тех пор, пока не установится равновесие, при котором сохраняется некоторое расхождение между установленной и реальной температурой, называемое рабочим отклонением. Величину рабочего отклонения можно уменьшить путем сужения области пропорциональности, однако при чрезмерном сужении области пропорциональности может возникнуть неустойчивость. На рис. 20 показан график выхода экструдера на температурный режим при использовании пропорционального регулятора температуры. Для иллюстрации механизма возникновения рабочего отклонения на рис. 22 приведены одновременно графики передаточной функции регулятора и тепловых потерь.

Рис. 21 Выход экструдера с пропорциональным регулятором температуры на рабочий режим

Рис. 22 Сопоставление графиков передаточной ф-ии регулятора и характеристической кривой

Кривая, приведенная на рис. 22, строго говоря, не является кривой тепловых потерь. На самом деле график показывает, какую мощность надо подвести к нагревателю для поддержания определенной температуры. Для большинства агрегатов эта зависимость линейна, а угол наклона зависит от тепловых потерь в конкретном аппарате. Использование теплоизоляции может сильно повлиять на наклон графика тепловых потерь (вследствие уменьшения собственно величины этих потерь) и вместе с тем обеспечить существенную экономию электроэнергии.

На рис. 22 показаны графики передаточной функции регулятора и тепловых потерь. Кривые пересекаются в точке, где мощность, подводимая к нагревателю, равна мощности, затрачиваемой на тепловые потери. Если эта точка лежит ниже середины области пропорциональности, то имеет место отрицательное рабочее смещение, а в противоположном случае - положительное. Из рис. 22 понятно, как добиться отсутствия рабочего смешения без уменьшения ширины области пропорциональности. Для этого необходимо сдвинуть всю область пропорциональности по шкале температур таким образом, чтобы пересечение графиков произошло в точке, соответствующей заданной температуре. На рис. 23 показано, как сдвиг области пропорциональности влияет на положение точки пересечения кривых.

Рис. 23. Влияние сдвига области пропорциональности.