Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 3 Определение параметров интегрального регулятора и его настройка

Цель работы:

1. изучить свойства и структуру И-регулятора;

2. изучить показатели качества процесса регулирования;

3. научиться определять статические и динамические параметры объекта регулирования и регулятора;

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

5. определить параметры САУ с И-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). Как следует из рис. 1, кривые изменения регулируемой величины х_п(t)в одной и той же системе управления при однократном скачке изменения нагрузки и задания регулятору отличаются друг от друга. Чтобы получить одинаковый переходный процесс в обоих случаях, надо изменять настройки регулятора.

Изменение нагрузки является основным источником изменений режима работы регулируемого объекта. Изменение задания играет важную роль в системах программного регулирования.

По продолжительности возмущение может быть длительное, продолжительность которого значительно превышает время регулирования, кратковременное, мгновенное, скачкообразное и монотонное. В данной лабораторной работе изучается влияние длительных скачкообразных возмущений, поэтому в дальнейшем другие виды возмущений не рассматриваются.

Основной показатель возмущения – его величина. При расчёте удобно использовать величину возмущения, выраженную в процентах хода регулирующего органа y_в. Так, изменение производительности объекта всегда сопровождается вполне определённым перемещением регулирующего органа, которое необходимо для поддержания установленного значения регулируемой величины, поэтому возмущение по нагрузке может быть сведено к величине перемещения регулирующего органаy_в, выражаемого обычно в процентах.

1.2. Качество процесса регулирования

На рис. 2 приведена примерная кривая переходного процесса в статическом объекте (без регулятора) при однократном скачкообразном возмущении на входе объектаy_вбез регулирующего воздействия. Если возмущение конечно, самовыравнивание через некоторое время приостановит дальнейшее отклонение регулируемой величины от задания, и, таким образом, будет достигнуто новое установившееся значение. Однако возникающее при этом отклонение обычно технологически недопустимо.

Чтобы уменьшить отклонение или полностью устранить его, т.е. возвратить регулируемую величину к заданному значению, необходимо ввести регулирующее воздействие. Степень вводимого регулирующего воздействия определяется типом регулятора и его настройками.

Вид переходного процесса при регулировании определяет качество регулирования.

Рассмотрим основные показатели качества процесса регулирования. Будем рассматривать процесс регулирования, вызванный однократным скачкообразным возмущением как наиболее тяжёлой формой возмущения.

Максимальное динамическое отклонениерегулируемой величины от задания в ходе процесса регулирования х₁. Это наибольшее отклонение в сходящемся процессе регулирования, оно непосредственно следует за возмущением. Величина этого отклонения имеет большое значение особенно в тех случаях, когда значительное отклонение от задания по технологическим условиям недопустимо, даже временное. Величина х₁зависит от динамических свойств объекта, величины возмущения, принятого закона регулирования и настроек регулятора.

Перерегулирование. Степень колебательности переходного процесса удобно характеризовать величиной перерегулирования – отношением амплитуды второго колебания х₂противоположного 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 меньше 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. 4) с момента отклонения регулируемой величины от задания до возвращении её регулятором к заданному значению. Времяt_рзависит от динамических свойств объекта, принятого закона регулирования и настроек регулятора. Чтобы характеризовать воздействие регулятора, времяt_рзачастую 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. 4.а). Во всех других случаях по обе стороны от границы апериодичности (для затянутых апериодических или колебательных процессов) время регулирования увеличивается (рис. 4. б,в).