- •Глава 1. Средства измерений и их характеристики 1.1. Основные элементы средств измерений
- •Погрешности средств измерений
- •Глава 2. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (гсп)
- •Глава 3. Технические средства для измерения параметров, характеризующих состояние,
- •Измерительные преобразователи и приборы для измерения параметров состояния сред
- •Измерительные преобразователи и приборы для измерения состава и свойств сред
- •Специальные методы измерения и контроля
- •Глава 4. Технические средства для построения систем автоматического регулирования и управления 4.1. Автоматические регуляторы, исполнительные механизмы и регулирующие органы
- •Агрегатные комплексы к системы технических средств автоматизации гсп
- •Микропроцессорные технические средства
- •Глава 5. Автоматические системы регулирования
- •Структура автоматических систем регулирования, их классификация и требования, предъявляемые к ним
- •Объекты регулирования, их свойства, математические модели
- •Разработка автоматических систем регулирования
- •Глава 6. Проектирование систем автоматизации производственных процессов
- •Анализ технологического процесса как объекта управления
- •Состав документации проекта автоматизации. Стадии проектирования
- •Схемы автоматизации технологически! процессов
- •Принципиальные электрические и пневматические схемы
- •Щигы и пульты
- •Глава 7. Автоматизация типовых объектов пищевых производств
- •Типовые объекты пищевых производств
- •Автоматизация непрерывного дозирования материалов
- •Автоматизация смешивания
- •Автоматизация химико-технологических процессов
- •Глава 8. Автоматизированные системы управления технологическими процессами
- •Назначение и цели создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (асу тп)
- •Функциональные структуры асу тп
- •Виды обеспечения асу тп
- •Перспективы развития ас” тп
- •Глава 9. Системы автоматизации хлебопекарного и макаронного производств
- •Процессы хлебопекарного н макаронного производств как объекты автоматизации
- •Система автоматизации хранения и внутрипроизводственной транспортировки сырья
- •Система автоматизации выпечки хлеба
- •Система автоматизации макаронного производства
- •Глава 10. Системы автоматизации биотехнологических процессов
- •Биотехнологические процессы как объекты автоматизации
- •Системы автоматизации процессов приготовление питательны! сред
- •10.3. Системы автоматизации процессов культивирования микроорганизмов
- •10.S. Система автоматизации производства спирта
- •Глава 11. Системы автоматизации производства сахара
- •Технологические процессы свеклосахарного
- •Системы автоматизации технологических процессов свеклосахарного производства
- •Системы автоматизации технологических процессов сахарорафинадного производства
- •Автоматизированные системы управления свеклосахарным и сахарорафинадным производствами
- •Глава 12. Системы автоматизации кондитерского производства
- •Технологические процессы кондитерского производства как объекты автоматизации
- •Система автоматизации производства затажиых сортов печенья
- •Система автоматизации производства карамели
- •Система автоматизации производства отливных глазированных конфет
- •Система автоматизации производства шоколадных масс
- •Глава 13. Системы автоматического управления производством безалкогольных напитков
- •Технологические процессы производства безалкогольных напитков как объекты автоматизации
- •Система автоматизации приготовления кваса
- •Система автоматизации приготовления томатного сока
- •Система автоматизации розлива минеральной воды
- •13.S. Система автоматизации приемки винограда на заводах первичной переработки сырья
- •Система автоматизации переработки винограда
- •Система автоматизации мойки в бутыломоечной машине
- •Глава 14. Системы автоматизации производства продуктов длительного хранения
- •Технологические процессы производства продуктов длительного хранения как объекты автоматизации
- •Система автоматизации приготовления детской питательной смеси
- •Система автоматизации производства белкового концентрата
- •Система автоматизации производства концентратов сладких блюд
- •Глава 1s. Перспективы развития автоматизации в пищевой промышленности
- •Основные этапы развития автоматизации
- •Робототехника и ее значение в пищевой промышленности
- •Автоматизация проектирования пищевых производств
- •Основы создання гибкого автоматизированного производства
- •Раздел I. 1. Что понимается под измеренной физической величины?
- •Раздел II. I. Что такое объект регулирования? Приведите примеры промышленных объемов регулирования.
- •Раздел III. I. Какие средства автоматизации используются для управления процессом тестоприготовлення?
- •Обозначении условные графические по гост 21.404 — 85
- •2. Буквенные обозначении измеряемых величии н функциональных признаков приборов по гост 21.404—85
- •1 Ни схеме условно показаны один посевной и три производственные ферментатора, п том числе два (из трех) галопных аппарата.
Объекты регулирования, их свойства, математические модели
Объекты регулирования в пищевой промышленности весьма разнообразны. Ими могут быть как отдельные аппараты, в которых выполняется какая-либо технологическая операция (теплообменник. на выходе из которого продукт должен иметь постоянную температуру; напорный бак, в котором необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости; реактор, в котором должен быть получен продукт заданного состава, и т. д.), так и отдельная часть сложного технологического аппарата. Например, при автоматизации наклонного диффузионного аппарата свеклосахарного производства регулирование температуры осуществляют в нескольких секциях, к каждой из которых подводится греющий пар.
Одни и тот же аппарат с происходящим в нем процессом может быть объектом нескольких АСР. Например, выпарной аппарат одновременно является объектом АСР уровня продукта, давления в аппарате н концентрации выходящего продукта.
Объекты регулирования различаются по физико-химической природе протекающих в них процессов, принципу действия, конструкции и размерам технологического оборудования, режиму работы и другим факторам. Однако многие объекты как элемен-
1 г
а
н
Нтал
Кмл
Ч§
Як»
6
I
Рис 5.5. Статический объект регулировании: а — напорный бак как объект регулирования уровни; б — статическая характеристика объекта регулиро ваиня
ты АСР обладают одинаковыми нли близкими свойствами, что позволяет рассматривать их по типам. Изучение свойств типовых объектов значительно упрощает анализ конкретных промышленных объектов регулирования, который сводится в основном к определению типа исследуемого объекта.
Одним из наиболее распространенных методов исследования объектов (и других элементов АСР) является метод математического моделирования. Метод заключается в том. что объект рассматривается формально как элемент, преобразующий поступающие на его вход сигналы в выходные. Математическая зависимость, связывающая выходные сигналы объекта с входными, называется математической моделью (ММ), нли характеристикой ОР.
При математическом моделировании полностью абстрагируются от физической природы процесса, происходящего в объекте. Поэтому одинаковые уравнения могут описывать поведение теплообменника, напорного бака или хлебопекарной печи, если они обладают одинаковыми характеристиками как объекты регулирования.
Работа большинства объектов состоит в преобразовании по определенному закону материальных нли энергетических потоков. При этом возможны два принципиально различных режима работы: статический и динамический. В статическом (установившемся) режиме приток вещества н энергии в объект равен стоку, так что объект находится в состоянии равновесия. Уравнение материального баланса для статического режима имеет следующий вид:
(5.2)
глс (?„,,(/) н Qi,(/) — соответственно приток и сток жидкости в объект регулировании
Признаком статического режима работы является сохранение постоянного во времени значения выходного сигнала:
(5.3)
У многих промышленных объектов в статическом режиме каждому значению сигнала на входе соответствует определенное значение выходного сигнала:
(5.4)
Такие объекты называются статическими, а зависимость
—их статической характеристикой. Простейшим примером статического ОР может служить напорный бак (рис. 5.5, а). Жидкость поступает в него по трубе У через клапан 2 и свободно вытекает по сливной трубе 3. Входным сигналом для этого объекта является изменение расхода Qnv жидкости через клапан 2, а выходным — изменение уровня //.
Если приток и сток равны, то количество находящейся в баке жидкости остается постоянным и ее уровень не изменяется. Это статический режим работы объекта, который описывается уравнением материального баланса (5.2).
Расход жидкости при свободном истечении зависит от уровня и с достаточной точностью описывается уравнением
(5.5)
где k,e — коэффициент пропорциональности, который зависит от размеров н формы отверстия истечения.
Подставим значение <?,, в уравнение (5.2) и после необходимых преобразований получим уравнение статической характеристики бака в виде
(5.6)
где feoe = (I/*iw)* — коэффициент пропорциональности объекта.
Уравнение (5.6) является математической моделью статического режима напорного бака. Это нелинейное уравнение, и график статической характеристики такого объекта (рис. 5.5, б) также нелинеен.
Если в состав АСР входит хотя бы один нелинейный элемент, то такая АСР называется нелинейной. Анализ подобных систем чрезвычайно трудоемок, поэтому всегда, когда это возможно. стремятся заменить нелинейную ММ линейной, но более грубой. Эта операция называется линеаризацией. Наиболее простым является графический метод линеаризации, который применяется в тех случаях, когда статическая характеристика имеет вид плавной кривой. Линеаризация заключается в замене нелинейного участка CAD характеристики объекта прямой C'AD', касательной к статической характеристике в точке А заданного режима работы в диапазоне /У,, ± А/У.
Линеаризованное уравнение статической характеристики бака имеет вид
Q \Н = k.\Q„p, (5.7)
f- где к — коэффниигш усиления дли лнпепризивам- ного объекта (тангенс угла наклона а).
Наряду со статическими существуют объекты регулирования, у которых при работе в статическом режиме отсутствует Рис. 5.6. Астатический однозначная зависимость .между входным объект регулирования н ВЫХодным сигналами. Такие объекты
называются астатическими. Примером простейшего астатического объекта может служить бак, из которого жидкость откачивается насосом с постоянной подачей (рис. 5.6). У такого объекта состояние равновесия возможно только в том случае, когда приток жидкости в баке равен подаче насоса. Это состояние равновесия может наступить при любом значении выходного сигнала (уровня), следовательно, однозначной зависимости между Н и Q„p не существует.
Статический режим работы, который рассматривался выше, нехарактерен для промышленных объектов регулирования. Гораздо чаще приходится иметь дело с динамическим режимом, который возникает всякий раз при нарушении равновесия между притоком и стоком вещества или энергии в объекте. В реальных условиях эксплуатации, когда на объект все время воздействуют различные возмущения, динамический режим является характерным. Поэтому изучение динамических свойств объекта, т. е. определение его динамической характеристики, составляет главную задачу при анализе АСР.
Существуют два метода определения характеристик промышленных объектов.
Аналитический метод. При этом методе на основании главных физико-химических закономерностей, определяющих ход процесса в данном объекте, составляется уравнение математической модели объекта. Этот метод удобен тем, что в полученные уравнения входят основные параметры процесса и оборудования. Поэтому наглядно видны связь этих параметров с характеристикой объекта и пути улучшения последней при необходимости. Математическую модель, полученную аналитическим методом, можно распространить на объекты с аналогичными процессами и конструкцией оборудования (с учетом их индивидуальных особенностей).
Недостатки аналитического метода — его сложность и трудоемкость. Однако в последнее время интерес к этому методу увеличивается в связи со все более широким распространением вычислительных машин, использование которых позволяет резко повысить производительность труда при выполнении расчетов.
Экспериментально-аналитический метод. В том случае, когда статическая и динамическая характеристики объекта определяются путем аналитической обработки результатов экспериментов, поставленных на исследуемом объекте по определенной методике, используют экспериментально-аналитический метод. Полученные при этом результаты достаточно точны для большинства практических случаев, поэтому этот метод широко используется в практике. Его недостаток состоит в том. что математическая модель, полученная экспериментально, полностью справедлива только для данного объекта.
При аналитическом определении динамической характеристики объекта составляют уравнения материального или энергетического баланса для динамического (неустановившегося) режима работы объекта. Применение аналитического метода рассмотрим на примере нывола уравнения динамического режима напорного бака (см. рис. 5.5, а). Состояние равновесия бака (статический режим ОР) описывается уравнением материального баланса
Q^t) - QMt) = 0. (5.8)
При нарушении равновесия изменяется количество жидкости в баке н, следовательно, изменяется уровень ее. За малый промежуток времени изменение количества жидкости в баке
[QnP(0 - (?СТ(/)]Д( = FAH, (5.9)
где F — площадь поперечного сечении Сака. к1.
Соответствующее изменение уровня
А//(/) = [ <?11р(/) - Q'it)]M/F. (5.10)
Сток жидкости из бака описывается уравнением (5.5), которое при небольших приращениях можно заменить линейным уравнением
AQM) = аАН{1), (5.11)
где а — постоянный коэффициент
Подставив уравнение (5.11) в уравнение (5.10), произведем необходимые преобразования и перейдем к пределу при Л/—0. В результате получим дифференциальное уравнение напорного бака в виде
FdAH(t)/dt -f aAH(t) = AQuJU). (5.12)
Разделим все члены уравнения (5.12) на а и введем
обозначения: F/a = Т — постоянная времени объекта, мни;
I /а = k — коэффициент усиления объекта; АН — у — регулируемая (выходная) величина объекта; AQ„P= х— регулирующее воздействие (входная величина).
Дифференциальное уравнение (5.12) примет вил
Tdty(l)/d< + y(t) = kx(t). (5.13)
Дифференциальное уравнение (5.13) является математической моделью динамического режима напорного бака. Из приведенного примера видно, что коэффициенты дифференциального уравнения объекта зависят от его конструктивных характеристик н. следовательно, могут быть изменены при необходимости изменения свойств объекта.
Экспериментальное определение характеристик промышленных объектов производится чаще всего активными методами. В большинстве случаев на объект, находящийся в состоянии равновесия [t/(/) = const], наносится возмущение путем скачкообразного изменения входной величины. Реакция объекта на такое воздействие называется кривой разгона. Чаще всего кривую разгона получают по каналу передачи регулирующего воздействия.
С момента нанесения возмущения регулируемая величина регистрируется во времени до стабилизации ее на новом значении для статического или до установления постоянной скорости ее изменения для астатического объекта. Большая часть промышленных объектов регулирования имеет кривые разгона, изображенные на рис. 5.7, а. Объекты с такими кривыми разгона являются статическими. Значение коэффициента усиления объекта k но каналу регулирующего воздействия может быть найдено для линейного (или линеаризованного) объекта по следующему уравнению:
k, = y{oo)/x. (5.14)
где (/(<»)— максимальное установившееся отклонение регулируемой величины от первоначального значения: х величина скачкообразного изменения регулирующего воздействия.
Чем больше коэффициент усиления, тем более чувствителен объект к внешним воздействиям. Чтобы судить о поведении статического объекта в переходном режиме, необходимо найти решение его дифференциального уравнения для заданного вила входного воздействия с учетом начальных условий. Обычно принимают нулевые начальные условия, считая, что до момента нанесения возмущения отклонение регулируемой величины было равно нулю. Входное скачкообразное воздействие описывается уравнением
*(/)-*-!(/).
где х - амплитуда скачкообразного воздействии; 1(0 — функция, которая равна Нулю при /</„ и единице при 1>1о.
В этом случае решение дифференциального уравнения (5.13) представляет собой уравнение кривой разгона и имеет вид
y(t) = 1ъх[\ — exp (—t/T)\.
(5.15)
По кривым разгона видно, что при действии возмущения на статический объект в нем по окончании переходного процесса вновь наступает состояние равновесия (при новом значении выходной величины). Свойство объекта восстанавливать равновесие между притоком и стоком вещества н энергии называется самовыравниванием. Поэтому статические объекты называются также объектами с самовыравниванием.
Объекты регулирования могут быть также астатическими (нейтральными) и неустойчивыми. Оба вида свойством самовы- равнивания не обладают (рис. 5.7, б, кривые 2, 3).
Все объекты регулирования характеризуются емкостью — способностью накапливать вещество или энергию. Чем больше емкость, тем медленнее при данном возмущении изменяется регулируемая величина, т. е. тем больше инерционность объекта.
Рмс.
5.7. Кривые разгона объектов регулирования:
6
о
t
а
а
-
статических. 6
с транспортным запаздыванием; а
- астатического с транспорт иым и см
костным запптдыплнмем
жет быть достигнуто уменьшением его сечения и (или) повышением величины стока [см. уравнение (5.12)].
Обычно промышленные статические объекты регулирования являются миогосмкостными, а кривые разгона их имеют начальный участок медленного изменения регулируемой величины (см. рис. 5.7, а. кривая 2). Приближенно кривую разгона многоемкостного объекта можно рассматривать как кривую разгона одноемкостного объекта с соответствующими коэффициентом усиления н постоянной времени, сдвинутую по времени на величину Тг (см. рис. 57. а), называемую емкостным запаздыванием. Такая аппроксимация эквивалента замене миогоемкостного объекта одноемкостным с запаздыванием.
Для многих объектов, в которых имеются участки, требующие определенного времени для распространения по ним изменения входного сигнала, характерно транспортное запаздывание т, (см. рис. 5.7,6). Источниками транспортного запаздывания являются транспортеры, трубопроводы, нории. Транспортное и емкостное запаздывания составляют полное запаздывание объекта регулирования
т = т, + т,. (5.16)
Таким образом, динамический режим типового статического объекта регулирования с запаздыванием по каналу регулирующего воздействии описывается дифференциальным уравнением вида
Tdy(t)/dt + y{<)=kXt-?)- (5.17)
В астатическом объекте регулирования скорость изменения выходной величины пропорциональна отклонению входной величины. Следовательно, выходная величина пропорциональна интегралу от входного воздействия:
I
у{1) = ( 1/0)5 x(t)dt, (5.18)
о
где 0 — постоянная времени астатического объекта.
Кривая разгона астатического объекта при наличии транспортного запаздывания и промежуточных емкостей изображена
на рис. 5.7, в. Угол наклона а зависит от свойств аста
тического объекта и величины возмущения:
tga = х/0. 15.19)
Динамический режим типового астатического объекта регулирования может быть описан дифференциальным уравнением вида
Наиболее важной характеристикой автоматических регуляторов (АР) является закон регулирования—уравнение, связывающее перемещение регулирующего органа (РО) с отклонением регулируемой величины. Как и любой другой элемент АСР, автоматический регулятор может иметь линейную и нелинейную характеристики. В данной книге в основном рассматриваются линейные АР, из нелинейных АР приводятся сведения только о позиционных.
Позиционными называются АР, у которых регулирующее воздействие принимает только ограниченное число определенных значений. Регулирующий орган в такой АСР может занимать соответствующее число определенных положений (позиций), причем его перемещение из одного положения в другое происходит практически мгновенно. Позиционные АР делятся на несколько разновидностей в зависимости от числа возможных положений РО. Рассмотрим основные их свойства на примере наиболее простых и распространенных лвухпознцнонных АР.
Как показывает название, регулирующий орган двухлозици- онного регулятора может занимать только два положения (рис. 5.8, а). Если отклонение регулируемой величины превышает значение ут1ь соответствующее верхней настройке АР, то РО переключается в положение, при котором регулирующее воздействие на объект минимально (хтт). Автоматический регулятор настраивается так, чтобы при переключении РО регулирующее воздействие заведомо превышало действие возмущения. В результате отклонение регулируемой величины начинает уменьшаться, однако РО остается в том же положении, пока отклонение регулируемой величины не достигнет нижнего значения настройки АР (уты). В этот момент РО переключается в положение, при котором регулирующее воздействие на объект увеличивается до максимального (Хп»>)- В результате преобладающего действия возмущения отклонение регулируемой величины вновь начнет возрастать. Таким образом, в АСР с двухпозицнонным АР регулируемая величина совершает незатухающие колебания, так называемые автоколебания. Качество такого переходного процесса оценивается периодом автоколебаний Т, и нх амплитудой у,. На рис. 5.8,6 изображен переходный процесс в АСР. состоящей из двухпознционного АР и статического объекта с запаздыванием. Амплитуда у. и период колебаний Т, такого процесса увеличиваются с ростом инерционности и запаздывания объекта и при повышении диапазона настройки регу- ЛЯТОра Утшш У mm-
Рис.
5.8.
Двухпозиционная
АСР:
(I
— статическая
характеристик» двуапозиииимного
АР; 6
— пгрехидмый процесс в Ил игмемие
регулирующего воздействия |
|
|
t |
|
|
|
|
|
AW*
У-..
V
a
ры) н пролорционально-ннтегрально-дифференциальные (ПИД- регуляторы).
Интегральные регуляторы. Интегральным (И-регулятором) называется такой регулятор, у которого скорость перемещения регулирующего органа пропорциональна отклонению регулируемого параметра от заданного значения:
dx,(t)/dl= -S0y(t). (5.21)
где So — коэффициент пропорциональности параметр настройки И регулятора
Знак «минус» в уравнении закона регулирования означает, что регулирующее воздействие всегда направлено на уменьшение отклонения регулируемой величины. Проинтегрировав уравнение (5.21), получим
Г
(5.22)
где *0 — регулирующее иозлейстние мри исходном положении РО.
Следовательно, перемещение РО здесь пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины. Отсюда и его название «интегральный», илн сокращенно И-регулятор.
Рассмотрим интегральный регулятор давления прямого действия (рис. 5.9), не использующий внешней энергии для перемещения РО. Давление среды, являющееся регулируемой величиной, передается по трубке / и воздействует на мембрану 6. Давление среды создает на активной поверхности мембраны некоторое усилие, которое передается штоком 5 золотнику клапана 4. Одновременно на шток действует усилие, создаваемое противовесом 3 на большом плече рычага 2. Если эти усилия.
направленные в противоположные стороны, взаимно уравновешиваются, то золотник остается неподвижным. Давление регулируемой среды, при котором усилие мембраны уравновешивается усилием груза, задано. Установка заданного значения регулируемого давления осуществляется перемещением груза 3 по рычагу 2.
Если давление среды изменилось (например, увеличилось по сравнению с заданным значением), то нарушается равновесие сил, действующих на шток. Он перемещается вниз, и золотник прикрывает отверстие клапана, уменьшая давление в линии после регулятора. Скорость перемещения золотника пропорциональна действующему на шток усилию, т. е. пропорциональна отклонению регулируемой величины (давлению). Золотник перемещается в одну сторону до тех пор, пока регулируемое давление вновь станет равно заданному значению, и усилия, действующие на шток, уравновесятся. Это состояние равновесия может наступить при любом положении золотника.
Таким образом, у И-регулятора нет жесткой зависимости между отклонением регулируемой величины и положением РО. В момент прекращения работы АР регулирующий орган может занимать любое положение в пределах возможного диапазона перемещений.
Основное достоинство интегральных регуляторов — отсутствие остаточного отклонения регулируемой величины по окончании процесса регулирования. Это объясняется тем, что регулирующее воздействие И-регулятора на объект прекращается в тот момент, когда отклонение регулируемой величины от заданного значения становится равным нулю. Недостатком И-рсгуляторов является относительно низкая скорость, которая характеризуется значением параметра настройки регулятора So- Чем больше это значение, тем выше скорость регулирования.
Пропорциональные регуляторы. Пропорциональным (П-регулятором) называется такой регулятор, у которого перемещение
Рис.
5.9. Интегральный регуля- Рис. 5.10.
Пропорциональный
тор
давления прямого действия регулятор
уровня прямого дей
ствия
РО пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения:
хМ = -S,y(t). (5.23)
где S | параметр настройки Прегулитора.
Как и интегральные, П-регуляторы бывают прямого и непрямого действия. В П-регуляторе уровня прямого действия (рис. 5.10) измерительным элементом служит поплавок 3. преобразующий изменения уровня в линейные перемещения, которые вызывают поворот рычага ABC 2 относительно точки В. Ко второму концу рычага прикреплен шток I регулирующего органа, изменяющего регулирующее воздействие (приток жидкости в бак).
Если приток равен стоку, а уровень в баке — заданному значению, то поплавок неподвижен и регулятор не воздействует на процесс, так как хр(/) = 0 (заданное значение уровня устанавливается длиной тягн CD). При изменении, например увеличении, стока равновесие системы нарушается и уровень начинает уменьшаться. Отклонение уровня, воспринимаемое поплавком. передается регулирующему органу, который воздействует на приток в сторону уравнивания его со стоком (увеличения).
Коэффициент пропорциональности S| между отклонением уровня и измененном притока можно менять, изменяя соотношение плеч рычага ABC. В такой АСР каждому значению регулируемой величины соответствует определенное положение объекта регулирования. Это свойство статических регуляторов является причиной возникновения остаточного отклонения регулируемой величины прн изменении нагрузки объекта. Действительно, для восстановления состояния равновесия объекта при новом значении нагрузки приток (т. е. регулирующее воздействие) должен изменяться по отношению к его исходному значению прн номинальной нагрузке. Однако это возможно только прн новом положении поплавка, а значит, при другом значении регулируемой величины, которое уже не будет равно заданному. Остаточное отклонение регулируемой величины тем больше, чем меньше величина S|.
Знак регулирующего воздействия изменяется одновременно с переменой направления изменения регулируемой величины независимо от знака ее отклонения. В рассматриваемом примере направление перемещения регулирующего органа определяется только направлением перемещения поплавка, которое совпадает с направлением изменения уровня.
Основным преимуществом П-регулятора по сравнению с И-ре- гулятором является более высокая скорость регулирования, которая пропорциональна скорости изменения регулируемой величины. Благодаря этому П-регулятор быстрее приводит объект к новому состоянию равновесия. Главный недостаток П-регулятора — наличие остаточного отклонения регулируемой величины.
Пропорционально-интегральные регуляторы. Пропорционально-интегральным (ПИ-регулятором) называется регулятор, у которого перемещение РО пропорционально отклонению регулируемой величины и интегралу отклонения:
(5.24)
О
где Si и Sii — параметры настройки ПИ-регулятора.
Из выражения (5.24) следует, что ПИ-регулятор можно рассматривать как параллельное соединение П- и И-регуляторов. Поэтому в его свойствах сочетаются свойства обоих этих регуляторов: регулирование производится без остаточного отклонения, но с большей скоростью, чем в И-регуляторе.
Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы. Пропорционально-ннтегрально-дифференциальным (П ИД-ре гулятором) называется регулятор, у которого перемещение РО пропорционально отклонению регулируемой величины от задания, интегралу этого отклонения и скорости его изменения:
= —[5|У(0 + Soj yil)at + S3dy(t)/dt\, (5.25)
где St, Sn, S7 - параметры настройки ПИЛ-регулятора.
Как видно из уравнения (5.25), регулирующее воздействие в ПИ Д-регуляторе состоит нз пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих. Последняя из них тем больше, чем больше скорость изменения отклонения регулируемой величины, т. е. регулирующее воздействие вырабатывается как бы заранее, не дожидаясь наступления значительного отклонения регулируемой величины. Введение дифференциальной составляющей в закон регулирования позволяет улучшить качество переходного процесса в АСР.
Рнс.
5.11. Переходные процессы к АСР при
использовании различных законов
регулирования
Из графиков видно, что при действии П ИД-регулятора переходный процесс характеризуется наименьшим динамическим отклонением и временем регулирования при отсутствии остаточного отклонения регулируемой величины.
63
Однако настройка ПИД-регулятора, связанная с определением трех параметров, сложна, прн неправильной настройке качество регулирования может оказаться хуже, чем при использовании более простых регуляторов.
