15.2 Интегральный (и-) регулятор.

Передаточная функция этого регулятора, принципиальная схема которого приведена на рис. 14.3 в,

Включение И-регулятора в прямой канал системы регулирования, во-первых, смещает ЛФЧХ вниз на 90 градусов во всем диапазоне частот, ухудшая тем самым условия устойчивости контура регулирования, а во-вторых, увеличивает наклон ЛАЧХ во всем диапазоне частот на минус единицу. Изменение в И-регуляторе постоянной времени T=var вызывает смещение по вертикали ЛАЧХ разомкнутой системы, не изменяя ЛФЧХ. Тот факт, что введение в контур регулирования интегрирующего звена смещает ЛФЧХ вниз на 90 градусов, резко снижает величину запаса устойчивости по фазе, а это, в свою очередь, приводит к весьма вялым процессам регулирования.

Рис. 14.3. Примеры интегрирующих звеньев: а) маховик; б) идеальная индуктивность; в) И-регулятор

Но у замкнутой системы регулирования с И-регулятором есть одно весьма ценное качество. Эта система отличается весьма малой статической ошибкой, которая теоретически даже равна нулю. Всё дело в принципе работы И-регулятора. Как в любом интегрирующем звене, его выходная величина только тогда постоянна, когда равен нулю и только нулю результирующий сигнал на входе этого звена. В случае И-регулятора любое ненулевое значение ошибки Δx вызывает переходный процесс изменения Ху и Xвых до тех пор, пока разница Xвх - Xвых не станет равной нулю.

Учитывая отмеченные особенности И-регулятора, его применяют в тех случаях, когда хотят обеспечить высокую точность регулирования в установившихся режимах, а быстродействие не столь актуально. Весьма эффективен И-регулятор, когда неизменяемая часть системы характеризуется наличием только весьма малых постоянных времени (например, одноконтурная система регулирования напряжения на выходе вентильного преобразователя в электроприводе постоянного тока), так что относительная потеря быстродействия не приводит к существенным абсолютным значениям погрешностей в контуре регулирования.

15.3 Пропорционально-интегральный (пи-) регулятор.

Передаточная функция регулятора

В зависимости от выбранного способа настройки замкнутой системы регулирования ПИ-регулятор бывает удобно представить или последовательным соединением интегрального и форсирующего звеньев с постоянными времени T1 и T2, или параллельным включением интегрирующего звена с постоянной времени T1 и пропорционального с коэффициентом усиления k (см. рис. 14.4 а). Первую форму записи передаточной функции ПИ-регулятора применяют при расчетном (аналитическом) выборе его параметров, когда передаточную функцию неизменяемой части системы представляют последовательным соединением инерционных звеньев. Вторая форма записи удобна при экспериментальной настройке контура регулирования с ПИ-регулятором, когда сначала настраивают П-канал, а затем вводят И-канал так, чтобы не нарушить условия устойчивости контура.

Рис. 14.4. Пропорционально-интегральное (ПИ-) звено: а) варианты структурной схемы; б) логарифмические амплитудная и фазовая характеристики; в) ПИ-регулятор; г) переходная функция

При малых частотах входного сигнала ПИ-регулятор ведет себя, как И-регулятор, а при высоких, – как П-регулятор. Это является его ценным свойством, так как позволяет совместить положительные качества обоих регуляторов. Благодаря И-каналу схема с ПИ-регулятором имеет нулевую статическую ошибку по задающему сигналу, а благодаря П-каналу быстродействие в большом числе случаев можно иметь выше, чем в схеме с И-регулятором.

Выбор параметров ПИ-регулятора, когда задана ЛАЧХ объекта регулирования, производят так, чтобы частота сопряжения регулятора лежала левее частоты среза настраиваемого контура. В этом случае ослабляется неблагоприятное влияние И-канала на устойчивость контура регулирования, так как динамические свойства регулятора в районе средних частот аппроксимируются П-каналом. Обычно выбирают .