3 Законы регулирования

3.1 Обзор законов регулирования

Рассмотрим регулятор как единый блок, представленный на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Регулятор и закон регулирования

При любом внутреннем устройстве регулятора он выполняет преобразование сигнала отклонения еХ в перемещение исполнительного механизма М.

Это преобразование и представляет собой закон регулирования.

Выбор закона регулирования и его настроечных параметров для конкретного объекта регулирования (судового агрегата или механизма) определяет качество работы САР.

Теоретически законов регулирования может быть сколь угодно много, особенно, при современном уровне использования в регуляторах микропроцессоров.

Однако, в технике автоматики, в том числе и судовой, используется небольшое число следующих типовых законов регулирования: - пропорциональный, - пропорционально-интегральный, - пропорционально-дифференциальный, - пропорционально-интегрально-дифференциальный.

В случае ПИД закона регулирования перемещение ИМ происходит в соответствии со следующим выражением, определяемым преобразованием сигнала еХ в регуляторе

, (3.1)

где Кр – коэффициент пропорциональности, Td - время дифференцирования, Ti - время интегрирования.

Параметры Кр, Td, Ti являются настроечными. Их значения выбираются из условия обеспечения требуемого качества работы САР.

Изменение настроечных параметров в судовых условиях доступно для обслуживающего персонала (судовых механиков и электромехаников).

Остальные типовые законы регулирования являются частными случаями ПИД закона: - пропорциональный закон

, , (3.2)

• п ропорционально-интегральный закон(3.3)

,

- пропорционально-дифференциальный закон

. (3.4)

Именно, выбор соответствующего закона регулирования и значений его настроечных параметров обеспечивает требуемое качество работы САР.

Законы регулирования получают с помощью корректирующих устройств обоих типов (параллельных и последовательных).

В случае использования параллельных КУ: - жесткая обратная связь дает П закон, - гибкая обратная связь дает ПИ закон, - комбинированная обратная связь (жесткая плюс гибкая) приближенно дает ПД закон.

Устройство регуляторов с параллельными КУ и различными типовыми законами здесь не рассматривается, поскольку эти регуляторы, как правило, не являются электрическими.

В САР с последовательными КУ необходимый закон регулирования получается путем преобразования в КУ сигнала отклонения по формуле одного из законов регулирования (3.1) – (3..4).

В этом случае динамические свойства усилителя и исполнительного механизма будут вносить искажение в закон регулирования согласно структурной схеме САР (рис. 2.6) и передаточной функции регулятора:

Wрег(s) = Wку(s) Wу(s) Wим(s).

Обычно используются усилители и ИМ с передаточными функциями:

Поэтому, например, для пропорционального закона регулирования с передаточной функцией КУ, соответствующей выражению (3.2), передаточная функция П регулятора:

Если же регулятор содержит следящую систему (рис. 2.10), то его передаточная функция Wрег(s) = Wку(s) Wcc(s), где согласно (2.11) передаточная функция следящей системы Wcc(s)1.

Следовательно, Wрег(s)  Wку(s).

Таким образом, следящая система практически устраняет влияние динамических свойств усилителя и ИМ на работу САР, и регулятор можно приближенно считать идеальным, состоящим только из последовательного КУ.

Следует заметить, что данный вывод получен исходя из того, что элементы регулятора описываются линейными уравнениями. Влияние нелинейностей в характеристиках элементов регулятора (ограничений сигнала на выходе усилителя и перемещения ИМ) могут существенно изменить поведение регулятора.

Для последовательных КУ три приведенные выше закона регулирования могут быть получены из ПИД закона соответствующим заданием его настроечных параметров: - П закон: Td = 0, Ti = ; - ПИ закон: Td = 0 ; - ПД закон: Ti = .

Поскольку ПИД закон является универсальным, то производители судовой автоматики изготовляют КУ с ПИД законом регулирования, предоставляя пользователю возможность выбрать необходимый закон для конкретного судового объекта регулирования.