14. Позиционные регуляторы. Их особенности

Позиционными называют регуляторы, у которых при изменении на входе выходная величина может принимать только определенные, заранее известные значения. Переход от одного из этих значений к другому происходит очень быстро, практически мгновенно.

Особенностью таких АР является то, что они реагируют не на значение регулируемой величины, а на величину отклонения этой величины (на знак отклонения) от заданного значения.

Еще одной особенностью позиционного регулирования является то, что регулируемая величина совершает гармонические колебания.

Статическая и динамическая характеристики

Наибольшее распространение получили двухпозиционные регуляторы, у которых выходная величина может принимать только два значения: минимальное или максимальное.

Режим работы позиционного регулятора может быть двояким: АР может быть настроен на минимум или на максимум.

При настройке на минимум реализуется следующий принцип: если текущее значение входной величины у_т меньше заданного у_зд, то выходная величина регулятора u принимает максимальное значение u_max; если же у_т больше у_зд, то выходная величина u принимает минимальное значение u_min. По такому принципу работают все нагревательные приборы (например, утюги). Статическая характеристика имеет вид

При настройке на максимум реализуется следующий принцип: если текущее значение входной величины у_т меньше заданного у_зд, то выходная величина регулятора u принимает минимальное значение u_max; если же у_т больше у_зд, то выходная величина u принимает максимальное значение u_min. По такому принципу работают все холодильные (например, холодильники). Статическая характеристика имеет вид

Динамическая характеристика имеет вид

Переходный процесс и критерии качества регулирования в системах с позиционными регуляторами

Изменение выходной величины системы во времени с момента нанесения воздействия до прихода ее в новое установившееся состояние называют переходным процессом, т.е. процессом перехода из одного установившегося состояния в другое.

Качество позиционного регулирования оценивают по

• Амплитуде колебаний А,

• Периоду колебаний Т_к,

• Частоте колебаний ω = 2π / Т_к

Иногда происходит смещение колебаний, а за ним и смещение средней линии колебаний относительно заданного значения а₀.

Преимущества и недостатки позиционных регуляторов, область применения

Преимущества:

• Просты по конструкции,

• Надежны в работе,

• Несложны в обслуживании и при настройке

Недостаток заключается в том, что в процессе происходят гармонические колебания регулируемой величины.

Применяют Пз-регуляторы на инерционных объектах с малым запаздыванием.

15. Пропорциональные регуляторы

К П-регуляторам относятся те, у которых выходная величина в пределах зоны регулирования изменяется пропорционально изменению входной величины.

Уравнение динамики

u = k_pε + u⁰,

где k_p – коэффициент усиления регулятора, u⁰ – выходная величина регулятора в начальный момент времени.

Параметр настройки

Параметром настройки П-регулятора является зона регулирования, или предел пропорциональности δ = k_p^-1∙100%, под которым понимают диапазон изменения входной величины регулятора, выраженный в процентах от максимального интервала, в пределах которого изменение входной величины приводит к изменению выходной величины регулятора от одного крайнего значения до другого.

Статическая и динамическая характеристика

Статическая характеристика пропорционального регулятора – зависимость выходной величины от входной.

Динамическая характеристика – зависимость выходной величины от времени при изменении входной величины.

Работа регулятора в замкнутом контуре

В связи с наличием жесткой взаимосвязи между изменениями входной и выходной величин П-регулятор обладает высоким быстродействием, что при его работе в замкнутом контуре приводит к малой продолжительности переходного процесса.

Преимущества и недостатки, область применения

Также П-регулятор прост по конструкции и всегда приводит регулируемую величину в состояние равновесия.

Такие регуляторы применяются, например, в системах вентиляции для поддержания требуемого температурного режима в помещении и могут включать в себя таймер и дистанционное управление.

16. Интегральные (И) регуляторы

К ним относятся те, у которых изменение выходной величины u пропорционально интегралу отклонения входной величины ε от заданного значения по времени.

Уравнение динамики. Параметр настройки

где Т_и – время интегрирования – параметр настройки в И-регуляторах.

Динамическая характеристика

Динамическая характеристика – зависимость выходной величины от времени при изменении входной величины.

Преимущества и недостатки

Главное достоинство И-регуляторов заключается в том, что они всегда приводят регулируемую величину к точно заданному значению.

Недостатки заключаются в том, что И-регуляторы работают медленно и в процессе регулирования имеет место значительное отклонение регулируемой величины от заданного значения.

17. Пропорционально-интегральные (ПИ) регуляторы

Уравнение динамики

где k_p – коэффициент усиления регулятора, Т_и – время интегрирования, u⁰ – выходная величина регулятора в начальный момент времени.

Параметры настройки

ПИ-регулятор имеет два параметра настройки - k_p – коэффициент усиления регулятора, Т_и – время интегрирования.

Динамическая характеристика

Динамическая характеристика ПИ-регулятора представляет сумму пропорциональной и интегральной составляющих.

ПИ-регуляторы с зависимыми и независимыми параметрами настройки

ПИ-регуляторы с законом регулирования

имеют независимые параметры настройки. На практике также применяют ПИ-регуляторы с законом регулирования

(1)

где Т_из – время изодрома регулятора – параметр настройки регулятора.

Регуляторы с законом регулирования (1) называют изодромными. Они имеют зависимые параметры настройки. Изменение коэффициента передачи k_р приводит также к изменению времени интегрирования, равного Т_и = Т_из / k_р.