Регуляторы непрерывного действия
В соответствии с реализуемым законом регулирования автоматические регуляторы непрерывного действия подразделяются на пропорциональные, интегральные, пропорционально-интегральные, пропорционально-дифференциальные и пропорционально – интегрально – дифференциальные регуляторы.
Пропорциональные регуляторы (П-регуляторы)
В П-регуляторах перемещения регулирующего органа пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения. Эти регуляторы также называются статическими, потому что в процессе регулирования они все время стремятся «догнать» отклонившуюся регулируемую величину от заданного значения и оставить ее, т.е. прекратить отклонение. Для П-регуляторов диапазон регулируемой величины, в пределах которого происходит перемещение регулирующего органа из крайнего одного положения в другое, называют пределом пропорциональности. Чем больше предел пропорциональности регулятора, тем меньше его чувствительность, и наоборот.
Преимуществами П-регуляторов являются их быстродействие (малое время переходного процесса) и высокая устойчивость процесса регулирования; основным недостатком – наличие остаточного отклонения регулируемой величины, что снижает точность регулятора.
П-регуляторы применяют на объектах регулирования с малым самовыравниванием и без самовыравнивания, когда изменения нагрузки незначительно.
Интегральные (астатические) регуляторы (И-регуляторы)
И-регуляторы характеризуются перемещением регулирующего органа пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины от заданного значения. Иными словами, регулирующий орган перемещается со скоростью, пропорциональной отклонению регулируемой величины.
В структуру И-регулятора входят последовательно включенные усилительные и интегрирующие звенья. В качестве интегрирующего звена обычно используется гидравлический сервопривод или электродвигатель постоянного тока, скорость вращения которого пропорциональна отклонению регулируемой величины.
Использование И-регуляторов исключает остаточное отклонение регулируемой величины при изменениях нагрузки. Эти регуляторы применяют на объектах с переменной нагрузкой, обладающих самовыравниванием и малым запаздыванием. И-регуляторы работают тем лучше, чем больше степень самовыравнивания и меньше время запаздывания.
Пропорционально-интегральные регуляторы (ПИ-регуляторы)
Эти регуляторы также называют изодромными регуляторами или регуляторами с упругой обратной связью. ПИ-регуляторы представляют собой сочетание пропорционального и интегрального регуляторов.
В ПИ-регуляторах регулирующий орган при наличии отклонения регулируемой величины сначала перемещается быстро (пропорционально отклонению), а затем продолжает свое перемещение в результате интегрального воздействия (обычно медленнее). Пропорциональная часть регулятора стремиться как бы «догнать» и остановить изменение регулируемой величины. По достижении равновесия пропорциональная составляющая прекращает свое влияние на регулирующий орган, а действие интегральной составляющей будет продолжаться. В результате этого воздействия регулирующий орган займет такое положение, при котором статическая ошибка будет ликвидирована. Т.о., наличие в регуляторе пропорционального воздействия убыстряет процесс стабилизации регулируемой величины, а интегральное воздействие снижает остаточное отклонение. В подобных регуляторах пропорциональную функцию выполняет жесткая обратная связь, а интегральную гибкая (изодромная) обратная связь. ПИ-регуляторы могут поддержать в установившемся режиме постоянное значение регулируемой величины независимо от нагрузки и положения регулирующего органа. Эти регуляторы способны работать на объектах с различными свойствами.
Пропорционально-дифференциальные регуляторы (ПД-регуляторы)
ПД-регуляторы обеспечивают перемещение регулирующего органа как пропорционально отклонению регулируемой величины, так и пропорционально скорости отклонения. Подобные регуляторы еще при переходе регулируемой величины к заданному значению осуществляют действия, препятствующие переходу величины за пределы заданного значения.
В начальный момент рассогласования скорость отклонения регулируемой величины проявляется более значительно, чем изменение величины регулирующего параметра. Поэтому в закон регулирования ПД-регуляторов вводят предваряющее воздействие, что эффективно сказывается на качестве регулирования.
Поскольку скорость изменения регулируемой величины есть первая производная её изменения во времени, то такие регуляторы называют регуляторами по первой производной. Они применяются при регулировании быстропротекающих процессов.
Пропорционально — интегрально-дифференциальные регуляторы (ПИД-регуляторы).
Эти регуляторы известны также под названием изодромные с предварением. В ПИД-регуляторах регулирующий орган перемещается пропорционально отклонению, интегралу и скорости отклонения регулируемой величины. Работу этих регуляторов можно рассматривать как совместное действие статического и астатического регуляторов с учетом скорости изменения регулируемой величины.
Приставка предварения вырабатывает сигнал, который заставляет регулирующий орган перемещаться с некоторым временным опережением, возрастающим с увеличением скорости изменения регулируемой величины. Предварение может осуществляться с помощью подключенных на вход регулятора элементов, измеряющих скорость изменения регулируемой величины или введением дополнительной обратной связи.
ПИД-регуляторы сочетают свойства всех рассмотренных выше регуляторов. Они удовлетворяют наиболее трудным условиям и требованиям регулирования.
Источник
Системы регулирования непрерывного действия и законы регулирования
2014-02-02
3057
В системах автоматического регулирования непрерывного действия применяют регуляторы, у которых при получении сигнала об отклонении регулируемой величины регулирующий орган перемещается плавно и непрерывно до момента установления заданного значения регулируемой величины с определенной степенью точности, обусловленной видом регулятора.
Основной характеристикой регуляторов непрерывного действия является функциональная зависимость между отклонением регулируемой величины и перемещением регулирующего органа. Эта зависимость называется законом регулирования. Характеристики регуляторов непрерывного действия и переходные процессы регулирования в статическом объекте приведены на рис.1.9.
Рис.1.9. Характеристики регуляторов непрерывного действия
Пропорциональным (П-регулятором) называется регулятор, у которого перемещение регулирующего органа пропорционально отклонению регулируемой величины от ее заданного значения (Рис.1.9 б).
Уравнение регулятора имеет вид
где и — регулирующее воздействие регулятора; кр — коэффициент передачи (или коэффициент усиления) регулятора; ∆х, — отклонение регулируемой величины от заданного значения.
Значение коэффициента усиления равно перемещению регулирующего органа регулятора при отклонении регулируемой величины на единицу ее измерения. Коэффициент кр является параметром настройки П-регулятора. Величину, обратную коэффициенту усиления регулятора, т.е. 1/кр, называют статизмом регулятора,a величину δс=(1/кр) • 100 — пределом пропорциональности, или степенью неравномерности.Значение предела пропорциональности определяют как участок шкалы измерительного прибора, выраженный в процентах длины всей шкалы, в границах которого изменение регулируемой величины вызывает перемещение регулирующего органа из одного крайнего положения в другое. Например, если предел пропорциональности составляет 80 %, то это означает, что отклонение стрелки измерительного прибора на 80 % шкалы вызовет перемещение регулирующего органа регулятора из одного крайнего положения в другое, а отклонение стрелки на 1 % шкалы вызовет перемещение регулирующего органа на 1 /80 его полного хода. Особенность переходного процесса регулирования в системе с П-регулятором состоит в наличии остаточного отклонения (статической ошибки) δс в его конце.
Достоинством П-регулятора является малое время переходного процесса регулирования, т.е. быстродействие, недостатком — наличие статической ошибки.
Интегральным (И-регулятором) называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины (рис. 9 в).
Уравнение И-регулятора имеет вид
u = 
или Tи (dm/dt) = Dx
где Ти — постоянная времени регулятора, равная продолжительности перемещения регулирующего органа из одного крайнего положения в другое при максимальном отклонении регулируемой величины, с; 1/Ти — скорость перемещения регулирующего органа, пропорциональная степени отклонения регулируемой величины, с -1 .
Регулирующее воздействие И-регулятора продолжается до тех пор, пока отклонение регулируемой величины от заданного значения сведется к нулю, т.е. в конце переходного процесса регулирования величина достигает заданного значения.
В момент отключения регулирующий орган может занимать любое положение в пределах своего рабочего хода.
Параметром настройки И-регулятора является скорость перемещения регулирующего органа 1/Ти.
Достоинство И-регуляторазаключается в отсутствии остаточного отклонения регулируемой величины в конце регулирования, недостатком — относительно малая скорость (длительность) процесса. В связи с этим рекомендуется применять И-регуляторы в объектах с большим самовыравниванием при плавных изменениях нагрузки.
Пропорционально-интегральным (ПИ-регулятором)называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения и интегралу по времени от этого отклонения. Действие данного регулятора можно рассматривать как совместное действие пропорционального и интегрального регуляторов (рис.9 г).
Уравнение регулятора имеет вид
где Ти — продолжительность действия интегральной составляющей регулятора — продолжительность изодромы, с.
Регулирующее воздействие ПИ-регулятора характерно тем, что в первоначальный момент введения его при отклонении регулируемой величины от заданного значения, большое воздействие, снижающее величину отклонения за малый отрезок времени, оказывает пропорциональная составляющая. В последующем большее влияние на процесс регулирования оказывает интегральная составляющая, что обеспечивает исключение статической ошибки в конце процесса регулирования.
Степень введения пропорциональной или интегральной составляющей в ПИ-регулятор определяется соответственно величинами Кр и Ти, которые служат параметрами настройки регулятора.
Достоинство ПИ-регулятора заключается в том, что он поддерживает заданное значение регулируемой величины при возмущениях в объекте и не имеет остаточного отклонения в конце переходного процесса регулирования.
Пропорционалыю-интегрально-дифференциальным (ПИД-регулятором) называется регулятор, у которого регулирующее воздействие пропорционально отклонению регулируемой величины от задания, интегралу и скорости этого отклонения (рис.2 д). Уравнение регулятора имеет вид
+ ТД [d(∆х)/dτ].
Параметрами настройки ПИД-регулятора являются параметры Кр , Ти , ТД .
Из всех рассмотренных автоматических регуляторов ПИД-регулятор наиболее сложный как по принципу действия, так по устройству и наладке. ПИД-регуляторы целесообразно применять на инерционных объектах с большим запаздыванием и жесткими технологическими требованиями к процессу регулирования. И-регулятор практического применения не имеет, а входит как составляющий в структуру сложных ПИ- и ПИД-регуляторов.
Показатели качества переходного процесса регулирования
Выделяют следующие показатели качества процесса регулирования (рис.1.10):
1. Время регулирования .
2. Степень затухания , где А1, А2 – амплитуды первого и второго колебательного процесса.
3. Статическая ошибка регулирования , в значение которой входит и зона нечувствительности регулятора.
Рис. 1.10. Примерный вид колебательного переходного процесса в системе автоматического регулирования.
Источник