5. Выбор закона регулирования.

Под выбором типа регулятора подразумевается выбор простейшего закона регулирования наиболее дешевого и простого в эксплуатации регулятора, обеспечивающего при различных возмущениях в заданных пределах динамическую ошибку, время регулирования и статическую ошибку. Следовательно, тип регулятора любой автоматической системы может быть определен либо по 3 из этих показателей, либо по некоторым из них.

Тип автоматического регулятора (закон регулирования) выбирается с учетом свойств объекта регулирования и заданных параметров качества переходного процесса. К качеству регулирования каждого конкретного технологического процесса, имеющего только ему присущие особенности, предъявляются конкретные требования. При выборе закона регулирования учитывают:

1)свойства объекта;

2)максимальную величину отклонения;

3)принятый для данного технологического процесса вид типового

переходного процесса;

4)допустимые значения показателей качества процесса регулирования (динамическая ошибка ; статическая ошибка ; время регулирования ).

В соответствии с требованиями технологии в качестве заданного выбирают один из типовых переходных процессов:

1) апериодический;

2) 20%-ым перерегулированием;

3) с минимальной квадратичной площадью отклонения.

Целесообразно использовать регуляторы наиболее простых типов. Выбор регулятора осуществляется в следующей последовательности:

Сначала проверяют – сможет ли простейший регулятор (И-регулятор) обеспечить заданное качество регулирования. Если да, то переходят к определению параметров его настройки. Если нет, то последовательно рассматривают регуляторы, имеющие более сложные законы. Выбор заканчивают, когда найден регулятор, обеспечивающий заданное качество регулирования. Затем находят значения параметров настройки этого регулятора.

Подбор регулятора начинают с определения максимального динамического отклонения регулируемой величины в замкнутом контуре – . При этом должны соблюдаться условия:

, где

– максимально допустимое в системе регулирования динамическое отклонение выходной величины.

Для устойчивых объектов величина  определяется по равенству:

, где

- динамический коэффициент регулирования в системах с устойчивыми объектами;

 - коэффициент передачи объекта по каналу регулирующего воздействия;

 - регулирующее воздействие.

Ориентировочно характер действия регулятора определяют по величине отношения времени запаздывания .

Позиционный регулятор …………………………………………………… .

Регулятор непрерывного действия……………………… .

Многоконтурная система регулирования………………………. .

По значению  , определенному сначала для И-регулятора, вычисляют значение  и сравнивают его с допустимым по условию. При удовлетворении этого условия И-регулятор проверяют на время регулирования . Если он не обеспечивает заданного динамического отклонения регулируемой величины в заданном контуре или необходимое время регулирования, то последовательно проверяют более сложные законы регулирования до удовлетворения условий.

В случае выбора П-регулятора дополнительно проверяют величину статической ошибки регулирования на соблюдение неравенства:

Статическую ошибку регулирования определяют по равенству:

Если полученное значение превышает допустимое, то переходят к регуляторам, имеющим И - составляющую (ПИ- или ПИД-регуляторам).

Проверку регуляторов на время регулирования выполняют в соответствии с условием:

, где

- заданное максимально допустимое время регулирования.

Для автоматизации системы регулирования давления пара РОУ выбрать автоматический регулятор, чтобы переходной процесс был с 20%-м перерегулированием, если данный объект регулирования характеризуется следующими динамическими свойствами:

, где

 = 100 мин - постоянная времени;

 = 15 мин - величина запаздывания;

 = 44 (на 1% хода регулирующего органа) - передаточный коэффициент;

возмущение, действующее на объект регулирования, принять равным 5% хода регулирующего органа, т.е.  = 5%.

В качестве закона регулирования выбран ПИ - закон (пропорционально-интегральный закон) регулирования. В данном законе регулирования перемещение регулирующего органа пропорционально сумме отклонения и интегралу от отклонения регулируемой величины:

Скорость регулирования пропорциональна отклонению регулируемой величины и ее производной:

и  - настроечные параметры.

При  = 0 получаем П - закон регулирования, т.е. ФЧХ = π/2.

При = 0 получаем И - закон регулирования, т.е. ФЧХ = π/2.

ПИ-регулятор является астатическим, с двумя настроечными параметрами. ПИ- регулятор поддерживает установившееся значение регулируемой величины. При отклонении текущего значения от заданного регулятор в начальный момент времени переместит рабочий орган на величину, пропорциональную величине отклонения. Но если при этом не придет к заданному значению, ПИ-регулятор будет продолжать перемещать рабочий орган.

При малом значении  ПИ-регулятор может работать с объектами, имеющими значительное запаздывание. Условие устойчивости системы регулирования является необходимым, но недостаточным для получения желаемого процесса регулирования. Необходимое качество регулирования можно получить, подбирая соответствующую комбинацию закона регулирования и величины возмущающего воздействия.

Задача настройки заключается в том, чтобы в заданной системе регулирования выбрать и установить параметры регулятора, обеспечивающие близкий к оптимальному процесс регулирования. Амплитудно-фазовая характеристика получается, как обычно, заменой оператора  на :

или в показательной форме:

По величине угла опережения этот регулятор занимает промежуточное положение между П- и И- регуляторами, т.к

ПИ-регулятор является астатическим с двумя параметрами настройки:

, где

- коэффициент усиления,

- время изодрома.

В момент возникновения рассогласования :

В момент времени :

Увеличение  при рассогласовании приводит к увеличению глубины обратной связи в САР, поэтому исчезает статическая ошибка.

ПИ-регулятор поддерживает установившееся значение регулируемой величины. При отклонении текущего значения от заданного регулятор в начальный момент времени переместит рабочий орган на величину, пропорциональную величине отклонения. Но если при этом  не придет к заданному значению, ПИ-регулятор будет продолжать перемещать рабочий орган.

При малом значении  ПИ-регулятор может работать с объектами, имеющими значительное запаздывание.

Условие устойчивости системы регулирования является необходимым, но недостаточным для получения желаемого процесса регулирования. Необходимое качество регулирования можно получить, подбирая соответствующую комбинацию закона регулирования и величины возмущающего воздействия.

Задача настройки заключается в том, чтобы в заданной системе регулирования выбрать и установить параметры регулятора, обеспечивающие близкий к оптимальному процесс регулирования.