Тема 3.3.1. Законы регулирования. Типовые переходные процессы регулирования

Всякая автоматическая система регулирования состоит из двух взаимодействующих между собой частей: объекта регулирования и регулятора. При этом качество переходного процесса и устойчивость регулирования зависят не только от статических и динамических свойств объекта, но и от регулятора.

Автоматические регуляторы представляют собой большую группу автоматических управляющих устройств, которые вырабатывают регулирующее воздействие в АСР, если регулируемая величина отклонится от заданного значения.

Рис. 1. Структурная схема регулятора:

I –объект регулирования;

II – регулятор;

1 – датчик;

2 – устройство сравнения;

3 – задатчик;

4 – управляющее устройство;

5 – исполнительный механизм;

6 – регулирующий орган.

Существует большое число разнообразных типов регуляторов, однако все они представляют собой совокупность некоторых специфических элементов, выполняющих определенные функции (рис. 1): датчика 1, устройства сравнения 2, задающего устройства 3, управляющего устройства 4, исполнительного механизма 5 и регулирующего органа 6.

Датчик производит непрерывное измерение текущего значения регулируемой величины y в объекте управления 1, который испытывает возмущающие воздействия λ, и преобразует эту величину в сигнал (например, электрический или пневматический).

Задающее устройство выдает сигнал , соответствующий заданному значению регулируемой величины. Устройство 2 сравнивает сигналы от датчика и задатчика и в случае их различия (если заданное значение регулируемой величины в данный момент не равно текущему) выдает сигнал рассогласования (разбаланс) Δy на управляющее устройство.

Управляющее устройство преобразует, а в случае необходимости усиливает этот сигнал, и с помощью исполнительного механизма и регулирующего органа осуществляет управляющее воздействие μ на объект управления I, изменяя входную величину(x) так, чтобы выходная величина y приняла первоначальное значение.

В конкретных случаях отдельные элементы регулятора могут быть объединены в одном блоке или вовсе отсутствовать.

Все элементы регулятора (кроме задающего устройства) образуют замкнутую цепь воздействий, в которой соблюдается принцип детектирования (сигнал от выхода к входу проходит в одном направлении).

Классификация регуляторов

Автоматические регуляторы классифицируются по разным признакам:

по виду регулируемого параметра, по роду и способу действия, по характеристике действия и т.д.

В зависимости от вида регулируемой величины различают регуляторы: давления, расхода, уровня, температуры и др. конструкция этих регуляторов может быть самой разнообразной, однако часто одна и та же конструкция применяется для регулирования различных параметров.

По роду действия автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы прерывистого и непрерывного действия. Регуляторами прерывистого действия называют такие, у которых регулирующий орган перемещается только при достижении непрерывно изменяющейся регулируемой величины определенных заданных значений.

Регуляторами непрерывного действия называются такие, регулирующий орган которых при непрерывном изменении регулируемой величины перемещается непрерывно.

По способу действия различают регуляторы косвенного и прямого действия. Регуляторами косвенного (непрямого) действия называются такие, у которых для перемещения регулирующего органа используется энергия, подводимая извне. По виду подводимой энергии регуляторы косвенного действия подразделяются на пневматические, электрические и гидравлические. Регуляторами прямого действия называются такие, в которых для перемещения регулирующего органа используется энергия, взятая у самого регулируемого органа. Регуляторы прямого действия отличаются простотой конструкции, они дешевы и несложны в обслуживании, надежны в работе. Однако пониженная чувствительность и невысокая точность ограничивают область их применения.

Рассмотренные выше виды классификации регуляторов не являются определяющими, так как не характеризуют их свойства. Основной признак, по которому классифицируются регуляторы независимо от принадлежности к одной из перечисленных выше групп, является характеристика действия, т.е. зависимость между изменением регулируемой величины и перемещением регулирующего органа (закон регулирования).

По характеру действия регуляторы подразделяются на следующие:

Обозначение

Позиционные Пз-регуляторы

Интегральные И-регуляторы

Пропорциональные П-регуляторы

Пропорционально-интегральные ПИ-регуляторы

Пропорционально-дифференциальные ПД-регуляторы

Пропорционально-интегрально- ПИД-регуляторы

дифференциальные

Рис. 2. Обозначения входной и выходной величин регулятора.

Δy – разбаланс;

μ – перемещение регулирующего органа.

Входной величиной регулятора является сигнал, пропорциональный разности между заданным и текущим значениями управляемой (регулируемой) величины; выходной – положение регулирующего органа (рис. 2).