Теоретические сведения. Простейшая система двухпозиционного регулирования может быть представлена в виде последовательного соединения позиционного регулятора (ПР) и объекта

Простейшая система двухпозиционного регулирования может быть представлена в виде последовательного соединения позиционного регулятора (ПР) и объекта регулирования (ОР), охваченных отрицательной обратной связью (рисунок 8.1). Основным возмущающим воздействием здесь является нагрузка объекта Z, изменение которой компенсируется регулирующим воздействием X. Выходная величина двухпозиционного регулятора X может принимать только два значения, соответствующие максимальному (Х_max) и минимальному (Х_min) регулирующему воздействию на объект.

Рисунок 8.1 – Структурная схема автоматической системы двухпозиционного регулирования

На рисунке 8.2а изображена статическая характеристика идеального двухпозиционного регулятора, мгновенно меняющего свой выходной сигнал X при достижении регулируемой величиной Y заданного значения Y_з. Реальный регулятор обладает некоторой зоной нечувствительности s_y (рисунок 8.2б), в пределах которой изменение регулируемой величины Y не приводит к изменению регулирующего воздействия X. Другими словами, регулятору необходимо некоторое время для срабатывания, поэтому он начинает вступать в работу с запаздыванием.

а	б
Рисунок 8.2 – Статическая характеристика идеального двухпозиционного регулятора (а); статическая характеристика реального двухпозиционного регулятора (б)

При Y<Y_з идеальный позиционный регулятор вырабатывает регулирующее воздействия Х=Х_max, вызывающее изменение выходной величины Y (рисунок 8.3). При достижении Y величины Y_з регулятор должен был бы сработать, однако ввиду наличия зоны нечувствительности s_y, изменение регулирующего воздействия от Х_mах до Х_min происходит с некоторым запаздыванием, при Y>Y_з. Таким образом, при использовании двухпозиционных регуляторов величина Y совершает колебания относительно заданного значения Y_з. Такие колебания относительно среднего значения с амплитудой А и периодом Т называются автоколебаниями. Период автоколебаний равен

Т=Т_в+Т_о,

где Т_в и Т_о − периоды включения (X=Х_max) и отключения (X=Х_min) сигнала регулирующего воздействия соответственно.

Рисунок 8.3 – Изменение выходной величины Y и регулирующего воздействия X при симметричных автоколебаниях

На рисунке 8.3 изображены так называемые симметричные автоколебания (относительно линии Y=Yз) регулируемой величины. На практике чаще приходится сталкиваться с автоколебаниями, форма которых несимметрична относительно линии Y=Yз (рисунок 8.4). При несимметричных автоколебаниях возникает так называемая квазистатическая ошибка регулирования а, равная отклонению среднего значения (оси) автоколебаний от заданного значения регулируемой величины Yз. При Т_в<Т_о, а > 0, т.е. среднее значение автоколебаний лежит выше прямой Y=Yз и наоборот. Качество двухпозиционного регулирования характеризуется параметрами возникающих в системе автоколебаний: амплитудой А, частотой колебаний и смещением а среднего значения относительно заданного значения Yз. Эти параметры зависят от времени запаздывания, ёмкости объекта регулирования, его нагрузки Z, величины зоны нечувствительности регулятора s_у и пределов изменения регулирующего воздействия DХ= X_max–X_min. Чем меньше амплитуда А и смещение оси автоколебаний а, тем выше качество регулирования, при этом частота колебаний не должна быть очень большой.

Рисунок 8.4 – Изменение выходной величины при несимметричных автоколебаниях

С увеличением зоны нечувствительности позиционного регулятора s_у качество регулирования ухудшается: увеличивается амплитуда А и период колебаний Т в системе. Амплитуда уменьшается с уменьшением величины изменения регулирующего воздействия DХ. Однако здесь необходимо иметь в виду, что величины Х_max и X_min зависят от нагрузки объекта Z, поэтому большие пределы изменения регулирующего воздействия DХ могут быть установлены только при незначительных колебаниях нагрузки объекта регулирования.

От нагрузки объекта зависит, в основном, величина и знак смещения оси автоколебаний а. При определенной нагрузке Z=Z_o для данного объекта а=0. При Z > Z_o величина а < 0, а при Z < Z_o для данного объекта а > 0. Отклонение нагрузки от Z_o в обе стороны приводит к возрастанию периода автоколебаний Т.

Позиционные регуляторы просты по конструкции, надежны в работе, несложные в настройке и обслуживании. Поэтому во всех случаях, когда позиционные регуляторы способны обеспечить требуемое качество регулирования, следует применять именно их. Обычно позиционные регуляторы используют на объектах, обладающих малым запаздыванием, большой емкостью.