![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Характеристики автоматических регуляторов
Пропорциональный (П) регулятор. Он перемещает РО на значение x пропорциональное отклонению регулируемой величины у or заданною значения. Дифференциальное уравнение регулятора (p означает запись в операторной форме) Таким образом в динамическом отношении П-регулятор подобен безынерционному (пропорциональному) звену. Параметр настройки П-регулятора — коэффициент пропорциональности При выборе структурной схемы любого реального регулятора, в том числе и пропорционального, решающее значение имеет передаточная функция (ПФ) исполнительного механизма, которая может соответствовать ПФ интегрирующего или пропорционального звена. К первой группе относятся электродвигательные ИМ, обеспечивающие постоянную скорость перемещения РО, ко второй — пневматические мембранные ИМ, у которых перемещение РО пропорционально регулирующему воздействию. Структурная схема П-регулятора с ИМ первого типа приведена на рисунке 4.2, а. Закон регулирования формируется с помощью отрицательной обратной связи (ОС) по положению РО, т. е. на вход устройства ОС В соответствии с правилами преобразования структурных схем ПФ регулятора имеет вид При большом коэффициенте усиления
Для того чтобы формула (4.1) была тождественна ПФ идеального П-регулятора Таким образом, ОС должна быть выполнена в виде безынерционного звена с коэффициентом усиления Переходная характеристика реального П-регулятора несколько отличается от характеристики идеального в начальной своей части из-за ограниченной скорости ИМ. Рис. 4.2. Структурные схемы П-регулятора (а) и И-регулятора (б): 1 — усилитель; 2 — исполнительный механизм; 3 — цепь обратной связи Пропорциональные регуляторы позволяют устойчиво работать практически в любых технологических системах. Однако их недостаток — зависимость регулируемой величины от нагрузки объектов. Интегральный (И) регулятор. Он перемешает РО пропорционально интегралу от сигнала рассогласования, Уравнение регулятора (в операторной форме) Таким образом, в динамическом отношении И-регулятор подобен интегрирующему звену. Параметр настройки И-регулятора Структурная схема серийного П-регулятора показана на рисунке 4.2, б. Передаточные функции элементов схемы определяются следующими выражениями
![]()
После подстановки в формулу (4.3) значений ПФ из формулы (4.2). деления числителя и знаменателя на И-регуляторы поддерживают параметр без его отклонений, однако могут устойчиво работать только на объектах, имеющих значительное самовыравнивание. Пропорционально-дифференциальный (ПЛ) регулятор. Он перемещает РО на значение Уравнение регулятора (в операторной форме) Таким образом, в динамическом отношении ПД-регулятор подобен системе из двух параллельно включенных звеньев: безынерционного с коэффициентом пропорциональности Пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор.Он перемещает РО на величину Уравнение регулятора (в операторной форме) Таким образом, в динамическом отношении ПИ-регулятор подобен системе из двух параллельно включенных регуляторов: пропорционального с коэффициентом пропорциональности Структурная схема ПИ-регулятора показана на рисунке 4.3 в двух вариантах: с охватом и без охвата ИМ отрицательной ОС. В первом варианте (рис. 4.3, а) устройство ОС должно иметь характеристику реального дифференцирующего звена
где Тогда, как было отмечено ранее, при достаточно большом коэффициенте усиления
если принять Таким образом, в первом варианте исполнения регулятора ПФ исполнительного механизма не влияет на формирование закона регулирования, который полностью определяется характеристикой устройства ОС. В серийных ПИ-регуляторах этою типа в качестве ОС используют различные электрические, пневматические или гидравлические устройства — аналоги реально дифференцирующего звена. Такую ОС называют упругой или гибкой. Во втором варианте исполнения ПИ-рсгулятора (рис. 4.3, б) Рис. 4.3. Структурные схемы ПИ-регулятора с охватом (а) и без охвата (о) ИМ цепью отрицательной обратной связи: 1 — усилитель; 2 — исполнительный механизм; 3 — обратная связь возможны два случая, когда исполнительный механизм имеет характеристику интегрирующего или пропорционального звена. В обоих случаях при достаточно большом коэффициенте усиления
Если, где оба параметра настройки Если у ИМ характеристика пропорционального звена, то для реализации ПИ-регулятором закона регулирования звено ОС должно иметь характеристику реального дифференцирующего звена. При увеличении постоянной времени В большинстве серийно выпускаемых электрических регуляторов, использующих ИМ с постоянной скоростью перемещения и имеющих структурную схему (рис. 4.3, б), в качестве второй ступени усиления используют трехпозиционный релейный элемент. Такой принцип реализован в большом числе регуляторов, используемых в сельскохозяйственном производстве (Р-25, РС-29, РП-4 и др.). ПИ-регуляторы, отличаясь простотой конструкции, обеспечивают высокое качество стабилизации параметра независимо от нагрузки объекта. Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор.Он перемещает РО пропорционально отклонению, интегралу и скорости отклонения регулируемой величины. Уравнение регулятора (в операторной форме)
Таким образом, в динамическом отношении ПИД-регулятор подобен системе из трех параллельно включенных звеньев: пропорционального — с коэффициентом пропорциональности Соответственно, у ПИД-регулятора параметров настройки три: коэффициент пропорциональности На практике аналоговый ПИД-регулятор выполняют по той же структурной схеме, что и ПИ-регулятор (рис. 4.3, а), но устройство ОС Позиционный (релейный) регулятор.Он вырабатывает сигнал, который перемещает РО в одно из фиксированных положений (позиций). Этих положений может быть два, три и более, соответственно различают двух-, трех- и многопозицонные регуляторы. Уравнение автоматической системы регулирования с позиционным регулятором определяется статической характеристикой регулятора. Статическая характеристика наиболее распространенного из этой группы регуляторов — двухпозиционного показана на рисунке 4.4, а. Величина 2а определяет зону неоднозначности регулятора. При изменении входной величины у (она же — выходная величина объекта) относительно заданного значения на а выходная величина Таким образом, двухпозиционные регуляторы имеют два параметра настройки: зона неоднозначности 2а и регулирующее воздействие В. Характерная особенность системы регулирования с двухпозиционным регулятором — автоколебательный характер изменения регулируемой величины Рис. 4.4. Статические характеристики позиционных регуляторов (а...в) Трехпозиционные регуляторы (рис. 4.4, б) в отличие от двухпозиционных кроме двух устойчивых положений — «больше» Преимущества трехпозиционного регулирования перед двухпозиционным заключаются в отсутствии автоколебаний при изменении Позиционные регуляторы могут работать также и с ИМ, обеспечивающими постоянную скорость перемещения РО. Статическая характеристика такого регулятора приведена на рисунке 4.4, в. В соответствии с этой характеристикой скорость перемещения РО Релейные регуляторы кроме зоны нечувствительности имеют также и зону неоднозначности. Системы автоматического регулирования с позиционными регуляторами применяют при автоматизации ТП сельскохозяйственного производства. Это стало возможным благодаря таким их преимуществам, как простота технических способов управления энергетическими потоками, удобство сочетания релейного элемента с ИМ постоянной скорости, перемещающим РО, а также благодаря дешевизне, надежности и простоте настройки самих регулирующих устройств.
|