Оптимальные настройки регулятора

Рекомендуемые ниже настройки П-регулятора позволяют получить три указанных выше типовых процесса регулирования. П‑регулятор имеет закон регулирования вида y(t) = k_pε(t), где k_р – коэффициент передачи регулятора, измеряемый в следующих единицах:

Имеется много методов вычисления настроек регулятора. Копеловичем [ 3 ] на основании результатов исследования регуляторов на моделях предложено значение оптимальной настройки k_р находить по графику рис. 3, построенному в функции отношения времени запаздывания _об к постоянной времени объекта регулирования Т_об. Последние, в свою очередь, в результате элементарных построений определяются из кривой разгона объекта (рис. 1.а). Время запаздывания _об находится как отрезок на временной оси, отсекаемый касательной, проведённой к кривой разгона на её начальном участке в точке перегиба.

Определение уставок п-регулятора

Градуировку уставок регулятора производят путём определе-ния кривых разгона регулятора при различных положениях органов настройки. САУ при этом должна быть разомкнута, а регулятор сбалансирован в центре опыта, т.е. при типичном заданном значении регулируемой величины.

При одном определённом положении органов настройки на вход регулятора подают однократное скачкообразное возмущение – изменение регулируемой величины или заданного значения, тем самым изменяя величину отклонения регулируемой величины х_п от задания х_з При этом регистрируют изменение выходной величины y(t), т.е. положение регулирующего органа (или исполнительного механизма) по соответствующему указателю положения.

Величину возмущающего воздействия  выбирают так, чтобы при каждом положении органов настройки выходную величину можно было измерить достаточно точно. Измеряют величину вводимого изменения входной величины х (она же ε) в единицах измерения регулируемой величины и соответствующее этому перемещение исполнительного механизма y (рис. 4). Коэффициент передачи регулятора находят из формулы y = k_px, откуда получают:

В реальном регуляторе, если коэффициент усиления усилителя не бесконечен и применён интегрирующий исполнительный механизм, кривая разгона регулятора на участке, обведённом на рис. 4 окружностью, может изменяться под вли-янием других параметров (рис. 5).

Изменение скорости исполнительного механизма меняет постоянную времени экспоненты на начальном участке, но не влияет на коэффициент передачи k_р (рис. 5.а).

Изменение глубины обратной связи изменяет постоянную времени и k_р, неизменным остаётся угол наклона касательной, проведённой к обеим экспонентам в начале координат (рис. 5.б).

Изменение коэффициента усиления измерительного элемента меняет k_р, сохраняя постоянную времени (рис. 5.в).

Лабораторная установка

Лабораторная установка представляет собой щит управления, в котором смонтирована схема САУ с П-регулятором. Объектом управления САУ является электрический нагреватель, обдуваемый потоком воздуха от вентилятора. Выходная величина объекта – температура нагревателя – измеряется термометром сопротивления с автоматическим уравновешенным мостом КСМ-3. По сравнению с постоянной времени нагревателя постоянные времени термометра сопротивления и КСМ-3 малы и их можно присоединить к постоянной времени объекта.

Нагреватель получает питание от регулируемого электронного источника питания, который в данных условиях применения можно считать безынерционным звеном. Управляющий вход нагревателя – вал потенциометра, управляющего напряжением источника питания – соединён с выходным валом исполнительного механизма. Этот вход можно считать входом объекта. Скорость исполнительного механизма можно менять ступенчато (3 ступени) с помощью переключателя на щите управления.

Нагрузка объекта создаётся потоком воздуха, который можно менять ступенчато (3 ступени). Соответствующий переключатель установлен на щите управления, его три положения условно названы «М» (малая нагрузка), «Н» (номинальная) и «Б» (большая).

Функционально-принципиальная схема САУ с П-регулятором изображена на рис. 6, а размещение элементов на щите управления САУ – на рис. 7. На щите установлен цифровой вольтметр для измерения напряжения между разными точками схемы. Точки подключения вольтметра сведены в приведённой ниже таблице.

Измеритель рассогласования выполнен резистивным потенциометрическим и включает в себя два уравновешенных моста. Ручка задатчика R_з установлена на щите управления и снабжена условной шкалой. Датчиком R_д является выходной реохорд КСМ-3. Потенциометр ручной перестановки R_р.п установлен на щите управления, датчик положения выходного вала исполнительного механизма R_о.с осуществляет жёсткую обратную связь, делающую регулятор П-регулятором.