Обґрунтування закону регулювання, складання принципової, структурної й функціональної схеми АСР

Завдання вибору закону керування й типу регулятора полягає в наступному - необхідно вибрати такий тип регулятора, що при мінімальній вартості й максимальній надійності забезпечував би задану якість регулювання. Можуть бути обрані релейні, безперервні або дискретні (цифрові) типи регуляторів.

Для того, щоб вибрати тип регулятора й визначити його настроювання необхідно знати:

- статичні й динамічні характеристики об'єкта керування;

- вимоги до якості процесу регулювання;

- показники якості регулювання для безперервних регуляторів;

- характер збурювань, що діють на процес регулювання.

Вибір типу регулятора звичайно починається з найпростіших дітовбивць регуляторів і може закінчуватися самонастроювальними мікропроцесорними регуляторами. Для кожного об'єкта керування необхідно застосовувати регулятори з відповідним алгоритмом і законом регулювання. Це дозволяє істотно знизити втрати при функціонуванні об'єкта (витрата енергії, втрати продукції та ін.).

а) П-Закон регулювання

Найбільша швидкодія забезпечує П-Закон керування, - виходячи зі співвідношення t_P / τ_d. Однак, якщо коефіцієнт підсилення П-Регулятора К_р малий (найчастіше це спостерігається в системах із запізнюванням), те такий регулятор не забезпечує високої точності регулювання, тому що в цьому випадку велика величина статичної помилки.

Якщо К_р ≥ 10, те П-Регулятор прийнятний, а якщо Якщо К_р < 10, то потрібне введення в закон керування інтегральноїої тридцятилітньому.

б) ПИ-закон регулювання

Найпоширенішим на практиці є Пі-регулятор, що має наступні достоїнства:

- забезпечує нульову статичну помилку регулювання;

- досить простий у настроюванні, тому що настроюються тільки два параметри, а саме коефіцієнт підсилення К_р і постійна часу інтегрування T_i. У такому регуляторі є можливість оптимізації величини відносини К_р/Т_i→min, що забезпечує керування з мінімально можливою середньоквадратичною помилкою регулювання;

- мала чутливість до шумів у каналі виміру (на відміну від Пид-Регулятора).

в) ПИД-Закон регулювання

Для найбільш відповідальних контурів регулювання можна рекомендувати використання ПИД-Регулятора, що забезпечує найбільш висока швидкодія в системі.

Однак варто враховувати, що ця умова виконується тільки при його оптимальних настроюваннях (настроюються три параметри).

Зі збільшенням запізнювання в системі різко зростають негативні фазові зрушення, що знижує ефект дії диференціальноїої тридцятилітньому регулятора. Тому якість роботи Пид-Регулятора для систем з більшим запізнюванням стає порівнянно з якістю роботи Пі-регулятора.

Крім цього, наявність шумів у каналі виміру в системі з Пид-Регулятором приводить до значних випадкових коливань керуючого сигналу регулятора, що збільшує дисперсію помилки регулювання й зношування виконавчого механізму.

Таким чином, ПИДРегулятор варто вибирати для систем регулювання, з відносно малим рівнем шумів і величиною запізнювання в об'єкті керування. Прикладами таких систем є системи регулювання температури.

ПИД-Регулятори дозволяють для об'єктів постійної часу обьекта (инерционностью) Т и с малим транспортним запізнюванням τ_d<0,2T забезпечити гарна якість регулювання: неузгодженість регулювання E < 1% (від заданої крапки), достатній малий час виходу на режим і невисоку чутливість до зовнішніх збурювань. Іноді (у деяких об'єктах регулювання з істотним транспортним запізнюванням), при τ_d>0,2T ПИД-Регулятор має погану якість регулювання. У цьому випадку гарні якісні показники забезпечують системи керування з моделлю об'єкта.

Варто мати на увазі, що при неточному завданні коефіцієнтів настроювання ПИД-Регулятор може мати гірші показники, чим дітовбивця регулятор і навіть перейти в режим автоколебаний. Для типових П-П-, ПИ-, ПИД регуляторів відомі найпростіші аналітичні й табличні методи настроювання (наприклад методики Циглера-Никольса).

Відповідно до завдання прийнятий гідравлічний пропорційний регулятор непрямої дії.

Структурна й функціональна схеми прийнятого регулятора представлені на рисунку 6.

Рисунок 6 - Структурна й функціональна схеми регулятора.

ИУ й УУ - відповідно вимірювальний і підсилювальний пристрої;

ЭС - елемент порівняння;

ЇМ - виконавчий механізм;

ЖОС – жорсткий зворотний зв'язок

,

де: і відповідно поточна й максимальна величина переміщення поршня виконавчого механізму й максимальна величина переміщення поршня виконавчого механізму, мм