Аналитические выражения типовых законов регулирования и их реализация в строительных машинах.

В системах автоматического регулирования поддержание заданного значения регулируемого параметра или изменение его по определенному закону обеспечивается аппаратурными средствами, имеющие общее название – автоматические регуляторы. По виду регулируемого параметра автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы температуры, давления, влажности, разряжения, расхода, состава и т. п. По характеру изменения регулирующего воздействия автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы с линейными и нелинейными законами регулирования. Примером регуляторов с нелинейным законом регулирования могут служить двухпозиционные регуляторы температуры в холодильных машинах. В трехпозиционных дискретных системах выходной сигнал может принимать три значения: –1, 0, +1, т.е. “меньше”, “норма”, больше”. Качество работы таких САР выше, хотя их надежность ниже. Регуляторы с линейным законом регулирования по математической зависимости между входными и выходными сигналами подразделяются на следующие основные виды:

 пропорциональные (П-регуляторы);

 пропорционально-интегральные (ПИ-регуляторы);

 пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД-регуляторы). В зависимости от вида используемой энергии регуляторы подразделяются на электрические (электромеханические, электронные), пневматические, гидравлические и комбинированные. В СКВ в основном применяются электрические регуляторы. Пневматические и гидравлические регуляторы, как правило, применяются во взрыво- и пожароопасных зонах. В зависимости от задающего воздействия и параметров объекта регулирования подбирают регулятор с определенной характеристикой Wр [1]. Изменение Wр адекватно ведет к изменению коэффициентов дифференциального уравнения общего передаточного звена (регулятор-объект) и тем самым достигается необходимое качество регулирования. В промышленных регуляторах эти величины называются параметрами настройки. Параметрами настройки являются: коэффициент усиления, зона нечувствительности, постоянная времени интегрирования, постоянная времени дифференцирования и т. д. Для изменения параметров настройки в регуляторах имеются органы настройки (управления). Кроме органов настройки основных параметров, регуляторы имеют также органы настройки, косвенно влияющие на эти коэффициенты или режимы его работы, например, органы настройки, изменяющие чувствительность регулятора, демпфирование входного сигнала и др. Рассмотрим типовые алгоритмы управления (законы регулирования), применяемые в линейных автоматических системах. 1. Простейший закон регулирования реализуется при помощи безынерционного звена с передаточной функцией

W_p(p)=y(p)/e(p)= k_п = k_p. (5.1) Согласно этому выражению управляющее воздействие и в статике и в динамике пропорционально сигналу ошибки e. Поэтом такой закон регулирования называется пропорциональным (П). Преимущества П-регулятора — простота и быстродействие, недостатки — ограниченная точность (особенно при управлении объектами с большой инерционностью и запаздыванием). 2. Закон регулирования, которому соответствует передаточная функция W_p(p)= k_и/p =k_p/T_и p (5.2) называется интегральным (И). При интегральном законе регули­рования управляющее воздействие у в каждый момент времени про­порционально интегралу от сигнала ошибки e. Поэтому И-регулятор реагирует главным образом на длительные отклонения управ­ляемой величины от заданного значения. Кратковременные откло­нения сглаживаются таким регулятором. Преимущества интегрального закона — лучшая (точность в установившихся режимах, недостатки — худшие свойства в переходных режимах (меньшее быстродействие и большая колебательность). 3. Наибольшее распространение в промышленной автоматике по­лучил пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования W_p(p)= k_п + k_и/p = k_p + k_p/T_и p = k_p (T_и p + 1)/T_и p. (5.3) Благодаря наличию интегральной составляющей ПИ-закон ре­гулирования обеспечивает высокую точность в установившихся режимах, а при определенном соотношении коэффициентов k_п и k_и обеспечивает хорошие показатели и в переходных режимах. 4. Наилучшее быстродействие достигается при пропорционально-дифференциальном (ПД) законе регулирования W_p(p)= k_п + k_дp = k_p + k_pT_д p. (5.4) ПД-регулятор реагирует не только на величину сигнала ошибки, но и на скорость его изменения. Благодаря этому при управлении достигается эффект упреждения. Недостатком пропорционально-дифференциального закона регулирования является ограниченная точность. 5. Наиболее гибким законом регулирования (в классе линейных законов) является пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон W_p(p)= k_п + k_и/p + k_дp = k_p (T_и p + 1 + T_и T_д p²)/T_и p, (5.5) который сочетает в себе преимущества более простых законов. Коэффициенты и постоянные времени, входящие в передаточ­ные функции типовых регуляторов, называются настроечными па­раметрами и имеют следующие наименования: k_п, k_и, k_д — ко­эффициенты пропорциональной, интегральной и дифференциаль­ной части; k_p — передаточный коэффициент регулятора; T_и — постоянная времени интегрирования; T_д — постоянная времени дифференцирования. Параметры, входящие в различные записи (5.1) и (5.5) ПИД-закона, связаны между собой соотношениями: k_п = k_p ; k_и = k_p / T_и ; k_д = k_p T_д. (5.6)

*106*