9.2. Законы регулирования и типы регуляторов непрерывного действия

Нашей промышленностью выпускается большое количество аналоговых регуляторов непрерывного действия. По роду энергии для приведения в действие регуляторы бывают пневматические, гидравлические, электрические, электронные, электропневматические, электрогидравлические. По назначению различают регуляторы скорости, мощности, расхода, давления, температуры, размеров изделий и т. д.

В промышленных АСР в основном используется три типа регуляторов непрерывного действия:

1. Пропорциональные (статические) регуляторы или П-регу-ляторы. Это наиболее простые регулирующие устройства, у которых регулирующее воздействие х_р пропорционально отклонению регулируемого параметра

x_p= —k_px, (9.1)

где k_p — коэффициент усиления регулятора. Передаточная функ-

ция регулятораW (Р) = x_p(P)/x(P)= —k_p. B П-регуляторах имеется

механизм настройки зоны регулирования σ (предела пропорциональности), σ=1/k_p .Чем больше зона регулирования, тем

меньше k_р, меньше х_р и тем больше статическая (установившаяся) ошибка регулирования Δy_ст (рис. 9.2) при одном и том же отклонении регулируемого параметра х. Знак минус в законе регулирования (х_Р = —k_px) указывает на то, что регулятор с объектом соединяется отрицательной обратной связью. П-ре-гуляторы применяются обычно в простых АСР параметров объектов с самовыравниванием.

2. Пропорционально-интегральные (изодромные) регуляторы или ПИ-регуляторы имеют закон регулирования

(9.2)

где t_и — время изодрома, определяющее интенсивность введения интеграла в закон регулирования. Передаточная функция

W (Р) = —k_p(1+(1/t_иP))· Эта формула и структура регулятора рис. 9.2 показывают, что регулирующее воздействие х_Р склады-

Рис. 9.2. Типы регуляторов непрерывного действия

фективны при быстроменяющихся нагрузках, при регулировании объектов как с самовыравниванием, так и без него, а также при наличии в объектах запаздывания.

3. Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы или ПИД-регуляторы характеризуются законом регулирования:

(9.33

где t_прp — время предварения, характеризующее интенсивность введения производной в закон регулирования. Передаточная

функция ПИД-регулятора W(P) =—k_p(1+(1/t_иP)+t_прP)).

Введение производной dx/dt в закон регулирования дает возможность регулятору работать с предварением. Тогда, когда только намечается в АСР появление отклонения x (t)=g(t) — —y(t), но оно еще незначительно и составляющие регулирую-

щего воздействия k_px и

пренебрежительно малы, и

здесь значение dx/dt может быть большим и эта составляющая х_Р будет сразу интенсивно воздействовать на объект с предварением, не давая отклонению х дальше расти. Эти регуляторы обладают высоким быстродействием, обеспечивают интенсивное затухание переходного процесса АСР и особенно эффективны для регулирования объектов, которые подвергаются частым и глубоким возмущающим воздействиям.

На рис. 9.2 показан пример динамики АСР одного и того же объекта регулирования с использованием П, ПИ, ПИД-регуля-торов с одинаковыми единичными настроечными параметрами k_P=1, t_и=1 с, t_пр=1 с. Преимущества ПИД-регулятора по сравнению с П и ПИ-регулятором очевидны. Уместно отметить, что ПИ и ПИД-регуляторы при обработке скачкообразных управляющих воздействий g (t) полностью устраняют статическую (установившуюся) ошибку регулирования (Δу_уст = 0). На рис. 9.2 наглядно представлена зависимость динамического заброса процесса Δу_дин и продолжительности переходного процесса t_п от типа регулятора. Причем Δу_дин=x_дин, Δу_уст = х_уст.