2. Интегральный регулятор (и-регулятор).

Он формирует регулирующее воздействие по следующему интегральному закону

,

где S₀ – постоянный коэффициент (коэффициент пропорциональности в математическом смысле), который является настроечным параметром интегрального регулятора, т.е. меняя S₀ в некоторых пределах, можно менять степень влияния регулятора на объект управления.

Недостатком И-регулятора по сравнению с П-регулятором является то, что он работает медленнее, т.е. постепенно наращивает регулирующее воздействие на объект управления при появлении отклонения Х_вых 0, в чём модно убедиться, поставив в уравнение регулятора (4), например отклонение Х_вых=1 и взяв интеграл:

Х_рег = S₀ 1dt

или

Х_рег =S₀ t (5)

Из выражения (5) видно, что регулирующее воздействие И-регулятора действительно изменяется во времени по линейному закону. Из-за невысокого быстродействия И-регулятора процессы регулирования в системах с И-регулятором происходят медленно. Повышать быстродействие этого регулятора можно увеличивая настроечный параметр S₀, но делать это бесконтрольно нельзя, т.к. система может потерять устойчивость (в чём также можно будет убедиться в данной лабораторной работе).

Достоинством И-регулятора является то, что в большинстве случаев он обеспечивает желаемую статическую точность регулирования, т.е. после завершения процессов регулирования остаточного отклонения Х_вых от Х_зад, нет, т.е. Х_вых= 0. Значит регулирование идёт без статической ошибки.

3. Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор).

Этот регулятор объединяет в себе пропорциональный и интегральный регуляторы и формирует регулирующее воздействие по следующему пропоционально-интегральному закону

, (6)

а значит, сочетает в себе все достоинства пропорционального и интегрального регуляторов. ПИ-регулятор обладает достаточно высоким быстродействием за счёт пропорциональной составляющей и регулирует в большинстве случаев без статической ошибки за счёт интегральной составляющей. Он является самым распространённым промышленным регулятором.

У ПИ-регулятора уже два настроечных параметра S₁ - настройка пропорциональной составляющей и S₀ - настройка интегральной составляющей, поэтому определение оптимальных настроечных параметров такого регулятора, которые обеспечивали бы и устойчивость при регулировании, и желаемые показатели качества регулирования, значительно сложнее, чем определение настроечных параметров пропорционального или интегрального регуляторов.

Примечание: Четвёртый и пятый типы регуляторов, а именно пропорционально-дифференциальный (ПД-регулятор) и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-регулятор), в данной лабораторной работе из-за ограниченности времени не рассматриваются.

Порядок выполнения второй части работы

Этап 3. Экспериментальные исследования АСР по отклонению

с П-регулятором

1. Ознакомиться с основными положениями теории АСР по отклонению, изложенными в методических указаниях к лабораторной работе.

2. Проверить выбор типа объекта в компьютерной программе, для чего в меню "Объект" в режиме работы "Практика" выбрать "Напорный бак с подогревом". Название выбранного объекта должно быть написано на экране монитора.

3. Проверить выбор типа АСР в главном меню компьютерной программы, для чего в пункте "Конфиг." выбрать АСР(откл) и проконтролировать в правом верхнем окне программы. Зарисовать в отчёт принципиальную и структурную схемы АСР по отклонению для напорного бака.

4. Перейти в режим "Пуск".

5. Вывести объект в заданный статический режим, параметры которого были определены в лабораторной работе № 1 (Х_вых0=Х_зад=…, Х_воз0=…, Х_рег0=…).

6. Установить начальное значение настроечного параметра П-регулятора S₁=1, для чего предварительно нажать клавишу R. (При этом настроечные параметры интегральной и дифференциальной составляющих регулятора сделать равными нулю, т.е. S₀=0 и S₂=0).

7. Задав ступенчатое возмущение X_воз от исходного статического режима, равное X_воз = +10%, пронаблюдать на движущейся диаграмме процесс регулирования в АСР отклонению, записать в таблицу №3 установившееся значение выходного параметра (уровня), вычислить статическую ошибку, которую также записать в таблицу. В режиме "Табулирование" зарегистрировать наблюдаемый процесс регулировании для отчёта (или сделать копию экрана).

8. Увеличивая настройку S₁ с некоторым шагом (например, с шагом 1), повторить выполнение пункта задания 7, т.е. определить статические ошибки регулирования не менее чем при 5-и различных значениях настроек пропорционального регулятора S₁. Результаты записать в таблицу №3. Затабулировать процесс регулирования с какой-либо настройкой П-регулятора, например с самой наибольшей настройкой из таблицы №3 для отчёта (или сделать копию экрана).

Таблица №3

Значение настроечного параметра пропорционального регулятора S1	Значение выходной величины объекта управления в статике Хвых (из окна результатов)	Статическая ошибка регулирования , вычисляемая по формуле

9. По данным таблицы №3 построить график зависимости ошибки регулирования от величины настройки пропорционального регулятора в координатах: величина настройки пропорционального регулятора S₁ (горизонтальная ось) – величина статической ошибки (вертикальная ось). Сделать вывод о том, как влияет величина настройки П-регулятора на ошибку регулирования.

10. Продолжать увеличивать настройку П-регулятора до тех пор, пока не будет найдено её первое критическое значение, при котором в системе прекращается устойчивое регулирование уровня, т.е. его возврат к заданному значению, а система выходит на так называемую границу устойчивости, т.е. уровень вместо возврата к заданному значению начинает уходить от него и переходит в режим периодических колебаний с постоянной амплитудой. Записать найденное критическое значение настроечного параметра, обозначив его Затабулировать фрагмент наблюдаемого при этом процесса изменения во времени регулируемого параметра (уровня) и процесса изменения регулирующего воздействия для отчёта (или сделать копию экрана).

11. Продолжать далее увеличивать настройку П-регулятора до тех пор, пока не будет найдено её второе критическое значение, при котором регулятор переходит в режим тек называемого релейного регулирования типа "включено-выключено" или " открыто-закрыто". В автоматической системе регулирования уровня мы будем наблюдать постоянные переключения регулирующего клапана из положения 0% (закрыто) в положение 100% (открыто), потом снова 0%, затем 100% и т.д. При этом также наблюдаются незатухающие периодические колебания уровня. Записать найденное критическое значение настроечного параметра, обозначив его Затабулировать фрагмент наблюдаемого при этом процесса изменения во времени регулируемого параметра (уровня) и процесса изменения регулирующего воздействия для отчёта (или сделать копию экрана).

Этап 4. Экспериментальные исследования АСР по отклонению

с ПИ-регулятором

1. При средней (из исследованного диапазона) величине настройки пропорциональной составляющей S₁ экспериментально подобрать такое значение настройки интегральной составляющей S₀, чтобы получить процесс регулирования, отвечающий следующим требованиям:

а) процесс регулирования должен быть устойчивым, т.е. должен затухать и приходить к заданному значению уровня без статической ошибки;

б) процесс регулирования должен обладать показателями качества регулирования не хуже тех, что заданы преподавателем. В качестве основных показателей качества рассмотреть динамическую ошибку (т.е. максимальное отклонение выходной величины от заданного значения в процессе регулирования) и время регулирования. Изменяя настройки ПИ-регулятора, необходимо добиться, чтобы время регулирования не превышало 250с ( ), а динамическая ошибка не была больше 5% ( ). Измерение фактических значений этих показателей, которое производится в режиме работы программы F₇ (измерения на диаграмме), освоить с помощью преподавателя. Результаты измерений заносить в таблицу №4.

Таблица №4

Значения настроечных параметров ПИ-регулятора		Показатели качества процесса регулирования в динамике
S1 – настройка П-составляющей	S0 - настройка И-составляющей	Время регулирования tрег	Динамическая ошибка Хдин

в) затабулировать этот переходный процесс в режиме F₈ для отчёта (или сделать копию экрана).

2. Если за отведённое время не удаётся "вогнать" процесс регулирования в рамки заданных показателей качества, то записать настройки ПИ-регулятора, при которых получен наилучший из всех по заданным показателям процесс регулирования и его затабулировать для отчёта (или сделать копию экрана).