Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4

Определение параметров пропорционального регулятора

и его настройка

Цель работы:

1. изучить свойства и структуру П-регулятора;

2. изучить показатели качества процесса регулирования;

3. научиться определять статические и динамические параметры объекта регулирования;

4. изучить способы расчёта настроек и определения уставок П-регулятора;

5. определить параметры САУ с П-регулятором и статическим объектом.

Качество регулирования и настройка регулятора

Возмущения технологического процесса

Различают возмущения, связанные с изменением нагрузки объекта регулирования (вносимые в объект), и возмущения, возникающие при установке нового задания регулятору (вносимые в регулятор). Изменение нагрузки является основным источником нарушений режима работы объекта регулирования. Изменение задания характерно для систем программного управления. Возмущения бывают по продолжительности длительными, краткими и импульсными, постоянной величины и изменяющиеся во времени.

Вносимое в объект регулирования возмущение y_в обычно выражается в эквивалентном перемещении в процентах регулирующего органа (или исполнительного механизма), нужном для полной компенсации отклонения регулируемой величины под влиянием возмущения. Вносимое в регулятор возмущение выражается в единицах измерения регулируемой величины или в виде относительной величины (в долях от текущего установившегося значения регулируемой величины) при линейном объекте.

Качество процесса регулирования

На рис. 1.а приведена примерная кривая переходного процесса в статическом объекте (без регулятора) при однократном скачкообразном возмущении на входе объекта y_в без регулирующего воздействия. Чтобы уменьшить отклонение или полностью устранить его, необходимо ввести регулирующее воздействие и обеспечить надлежащее качество переходного процесса.

Основные показатели качества процесса регулирования.

Максимальное динамическое отклонение регулируемой величины от задания в ходе процесса регулирования равно х₁. Это наибольшее отклонение в сходящемся процессе регулирования, оно непосредственно следует за возмущением. Величина х₁ зависит от динамических свойств объекта, величины возмущения, принятого закона регулирования и настроек регулятора. Величина этого отклонения особенно существенна, если даже временное значительное отклонение от задания по технологическим условиям недопустимо.

Перерегулирование. Степень колебательности переходного процесса характеризуется величиной перерегулирования – отношением амплитуды х₂ второго колебания противоположного направления к х₁; это отношение выражается в процентах величины х₁. Изменением настроек регулятора можно получить различные перерегулирования: от нуля при апериодическом ходе процесса до 100% при установившихся незатухающих колебаниях и даже свыше 100% при расходящихся колебаниях.

Чем больше перерегулирование, тем более колебателен процесс, тем он продолжительнее, тем больше первая, максимальная амплитуда х₁ при одновременно увеличивающейся амплитуде х_2. Выбирая необходимую величину перерегулирования, следует исходить из условий технологического процесса: целесообразности меньших максимальных, но двухсторонних отклонений от задания при более колебательном и длительном процессе регулирования, или односторонних отклонений с большой амплитудой, но при более быстром окончании переходного процесса.

Время регулирования. Продолжительность регулирования охватывает период времени t_р (рис. 2) с момента отклонения регулируемой величины от задания до возвращении её регулятором к заданному значению. Чтобы характеризовать воздействие регулятора, время t_р очень часто относят к величине запаздывания объекта _об.

В зависимости от настроек регулятора продолжительность переходного процесса может быть различной. Однако она не может быть меньше определённого значения, минимального для регулятора данного типа. Это минимальное время свойственно так называемому граничному апериодическому процессу регулирования (рис. 2.а). Во всех других случаях по обе стороны от границы апериодичности (для затянутых апериодических или колебательных процессов) время регулирования увеличивается (рис. 2.б,в).

Оптимальные типовые процессы регулирования

Оптимальный процесс регулирования – понятие относительное, всё зависит от конкретных требований со стороны технологического процесса. Наиболее часто встречаются три типовых переходных процесса регулирования (рис. 2):

а) граничный апериодический процесс с минимальным временем регулирования t_р (рис. 2.а);

б) процесс с 20%-ным перерегулированием и минимальным временем первого полупериода колебаний (рис. 2.б);

в) процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения, т.е. (рис. 2.в).

Граничный апериодический процесс характеризуется минимальным общим временем регулирования t_р, отсутствием перерегулирования х₂ и минимальным регулирующим воздействием.

Процесс с 20%-ным перерегулированием является промежуточным и используется, когда некоторое перерегулирование допустимо. При этом уменьшается максимальное динамическое отклонение х₁.

Процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения отличается наибольшими регулирующим воздействием и временем регулирования и перерегулированием порядка 40…50%. Однако он характеризуется наименьшей величиной максимального динамического отклонения х₁.

Один их этих типовых процессов почти всегда может удовлетворить технологическим требованиям различных агрегатов, т.е. будет оптимальным.