Основные законы автоматического регулирования и типы регуляторов
 Скачать 378.38 Kb.
|
Основные законы автоматического регулирования и типы регуляторовРабота автоматического регулятора характеризуется связью (зависимостью) между величиной отклонения регулируемого параметра (рассогласования) μ и регулирующим воздействием регулирующего органа S. Рассогласование является основной величиной, определяющей работу регулятора — его входом. Регулирующее воздействие (или положение регулирующего органа) является выходной величиной регулятора. Эта зависимость называется законом регулирования. Регуляторы делятся на регуляторы позиционного (релейного) действия и регуляторы плавного действия. регуляторы позиционные (On - off controller)Работают по принципу «вкл. – выкл.». Непрерывному изменению входной величины в них соответствует скачкообразное изменение выходного сигнала. Их реализация осуществляется с помощью контактных и бесконтактных релейных элементов. Бывают двухпозиционные, трехпозиционные и реже многопозиционные регуляторы. Позиционные системы применяют при благоприятных динамических свойствах объекта управления и «нежестких» требованиях к качеству процесса регулирования. Позиционные регулирующие устройства сравнительно просты. Зоной нечувствительности регулятора называется диапазон изменения регулируемого параметра, требуемый для начала трогания регулирующего органа в прямом и обратном, направлениях. Области применения двухпозиционных регуляторовДвухпозиционный регулятор можно применять в том случае, когда степень самовыравнивания объекта регулирования близка к единице и чувствительность объекта к возмущениям не превышает 0,0005 1/с, если нет других причин, заставляющих отказаться от этого регулятора. К таким причинам следует отнести:1. Частые, меньше чем через 4 - 5 мин, включения и выключения регулятора, которые обычно имеют место в объектах с небольшими коэффициентами емкости и при частых изменениях нагрузок на объект. 2. Недопустимость прекращения подачи теплоносителя, например, в калориферы приточной вентиляционной установки или в калориферы первого подогрева установки кондиционирования воздуха. 3. Недопустимость большого отклонения нерегулируемых параметров среды. Здесь имеется в виду, что в целом ряде случаев регулируется один из параметров, а другой не регулируется, но должен быть в определенных пределах. 4. Недопустимость резкого и значительного отклонения параметров регулирующей среды при соблюдении требований к колебаниям регулируемых параметров. Пропорциональный закон регулирования, П - законВ этом случае каждому значению входного параметра соответствует определенное положение регулировочного органа . Регулятор, реализующий П-закон регулирования, называется П-регулятором. Передаточная функция: W(p)=k. П-регулятор выдает выходной сигнал, пропорциональный входному, с коэффициентом пропорциональности К. Выходной сигнал, вырабатываемый пропорциональной частью П-регулятора , противодействует отклонению регулируемой величины от данного значения, которое наблюдается в данный момент. Выход П-регулятор выдаст тем больше, чем больше отклонение. Если П-регулятор имеет входной сигнал, который равняется заданному значению, то выходной равен 0. П-регулятор имеет существенный недостаток из-за так называемой статической ошибки. Она равна отклонению регулируемой величины, которая дает такой выходной сигнал, который стабилизирует выходную величину именно на данном значении. Чем больше коэффициент усиления, то есть, чем больше разница между входом и выходом, тем меньше статическая ошибка. Но рост этого коэффициента может привести к автоколебаниям в системе, а дальнейшее его увеличение приведет к потере устойчивости. Интегральные (И) регуляторы.Интегральные регуляторы производят перемещение регулирующего органа пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины до тех пор, пока не восстановится ее заданное значение. Передаточная функция И-регулятора имеет вид: Wи(р) = 1/(Тиp) Интегральный регулятор не обладает остаточной неравномерностью, что является его положительной особенностью. Устраняя статическую ошибку, интегральный регулятор, однако, ухудшает качество переходного процесса. закон регулирования ПИ-регулятораУравнение закона регулирования ПИ-регулятора состоит из двух составляющих регулирующего воздействия: kpx - пропорциональной и - интегральной. Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид: WПИ(р) = kp(Тиp + 1)/Тиp В динамическом отношении ПИ-регулятор представляет собой систему из двух параллельно включенных регуляторов: пропорционального и интегрального. Пропорционально-дифференциальный (ПД) регулятор.ПД-регулятор - это параллельно соединенные пропорциональное и идеальное дифференцирующее звенья. Передаточная функция ПД-регулятора: WПД(р) = kp(1 + Тдp) В системе регулирования с ПД-регулятором дифференцирующее звено вычисляет скорость изменения ошибки, т.е. прогнозирует направление и величину изменения ошибки. Если de/dt>0 (скорость изменения ошибки положительна) => ошибка растет и дифференцирующая часть, суммируясь с пропорциональной, увеличивает воздействие регулятора на объект. Если de/dt<0 (скорость изменения ошибки отрицательна) => ошибка уменьшается и дифференцирующая часть, суммируясь с пропорциональной, уменьшает воздействие регулятора на объект. В системе регулирования с ПД-регулятором так же, как и в системе с П-регулятором существует статическая ошибка регулирования (если объект статический), но быстродействие у такой системы выше, чем у систем с П-, И- и ПИ- регуляторами. Пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы.В динамическом отношении эти регуляторы представляют собой систему из трех параллельно включенных звеньев: безынерционного, интегрирующего и идеального дифференцирующего. При ТД = 0 ПИД-регулятор превращается в ПИ-регулятор. ПИД-регуляторы не обладают остаточной неравномерностью. WПИД(р) = kp(ТдТиp + Тиp + 1)/Тиp При скачкообразном изменении регулируемой величины ПИД-регулятор в начальный момент времени оказывает мгновенное бесконечно большое воздействие на объект регулирования, затем величина воздействия резко падает до значения, определяемого пропорциональной составляющей, после чего постепенно начинает оказывать влияние астатическая составляющая регулятора. Переходной процесс при этом имеет минимальные отклонения по амплитуде и по времени. Для оценки расхождения характеристик идеального и реального регуляторов передаточную функцию Wp(p) реального регулятора представляют в виде произведения передаточной функции Wид(р) идеального регулятора и передаточной функции Wб(p) некоторого балластного звена: Wр(р) = Wид(р)Wб(р) Балластное звено не имеет заранее известной передаточной функции. Разные регуляторы имеют балластные звенья с различными передаточными функциями. С помощью понятия «балластное звено» удобно оценить степень отличия реального и соответствующего идеального регуляторов.. Если регулятор идеальный, то передаточная функция балластного звена Wб(ρ) ≡ 1 |