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.

1. Качество регулирования и настройка регулятора

1.1. 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. В данной лабораторной работе изучается влияние длительных скачкообразных возмущений, поэтому в дальнейшем другие виды возмущений не рассматриваются.

Вносимое в объект регулирования возмущение y_вобычно 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.

1.2. Качество процесса регулирования

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

Рассмотрим основные показатели качества процесса регулирования. Пусть переходный процесс вызван однократным скачкообразным возмущением как наиболее тяжёлой формой возмущения. Такой переходный процесс в САУ с П-регулятором и статическим объектом показан на рис. 1.б.

Максимальное динамическое отклонениерегулируемой величины от задания в ходе процесса регулирования равно х₁. Это наибольшее отклонение в сходящемся процессе регулирования, оно непосредственно следует за возмущением. Величина х₁зависит 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 х₂второго 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 х₁при 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 времениt_р(рис. 2) с момента отклонения регулируемой величины от задания до возвращении её регулятором к заданному значению. Чтобы характеризовать воздействие регулятора, времяt_рочень 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).