15. Запаздывание в объектах и регуляторах

В реальных объектах (регуляторах) изменение регулируемого параметра начинается не сразу после нанесения возмущения, а спустя некоторое время. Это время называют запаздыванием. Различают 2 вида запаздывания: чистое (транспортное) – τ₀; ёмкостное - τ_ё.

В одноёмкостном объекте имеется только чистое запаздывание τ₀. Оно вызывается наличием в регулируемом объекте участков, по которым распространение сигнала требует некоторого времени.

В многоёмкостном, (двух и более объектов), кроме чистого имеется еще и ёмкостное запаздывание τ_ё. Оно обусловлено гидравлическими тепловыми и другими сопротивлениями. Эти сопротивления вызывают замедленный переход вещества из одной емкости в другую.

16. Влияние емкости на постоянную времени объекта

Рассмотрим динамическую характеристику одноёмкостного объекта с самовыравниванием с учётом запаздывания (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Динамическая характеристика одноёмкостного объекта

с самовыравниванием с учётом запаздывания.

Как следует из рис.2.9 кривая разгона смещается вправо на время чистого (транспортного) запаздывания τ_0.

17. Автоматические регуляторы. Определение закона регулирования регулятора (на примере сар теплообменника). Классификация линейных регуляторов. Нелинейный регулятор (пример)

Автоматический регулятор – это совокупность устройств, при помощи которых автоматически поддерживается значение регулируемой величины с той или иной точностью по отношению к заданному значению. По роду используемой энергии регуляторы подразделяют на:

1. пневматические;

2. гидравлические;

3. электрические;

4. электрогидравлические.

Зависимость μ = f (σ) в неустановившемся режиме называется законом регулирования регулятора, где σ = (Т_тек – Т_зад) – сигнал рассогласования, μ – закон перемещения затвора регулирующего органа, t – время. Здесь:

Т_тек – текущее значение регулируемого параметра;

Т_зад– заданное значение регулируемого параметра.

Динамическая характеристика регулятора как динамического звена рассматривается всегда в следующих координатах:

В зависимости от закона регулирования регулятора бывают линейные и нелинейные.

В настоящее время роль регуляторов выполняют программируемые контроллеры. В них запрограммирован закон регулирования (чаще всего – ПИД закон).

Классификация линейных регуляторов

П-регулятор (пропорциональный);

1. И-регулятор (интегральный);

2. ПИ-регулятор (пропорционально-интегральный (изодромный));

3. Регуляторы с предварением (с опережением):

• ПД-регулятор (пропорционально-дифференциальный);

• ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-дифференциальный).

з нелинейных регуляторов самый популярный позиционный регулятор.

18. Законы регулирования: п, и, пи, пд, пид-регуляторы. Их достоинства и недостатки (на примере сар температуры теплообменника)

П-регулятор

Это регулятор, у которого μ пропорционально σ, т.е.

μ = – Кσ.

При скачке входной величины σ на значение (–10ºС) затвор регулирующего органа переходит в новое μ - положение скачком (рис.2.10).

Рис.2.10. Закон регулирования П-регулятора.

Достоинство такого регулирования: регулирующий орган быстро перемещается на новое положение, т.е. высокая скорость регулирования (t – время).

Недостаток: имеет место остаточное отклонение, т.е. имеет место некоторая ошибка регулирования

И-регулятор

Это регулятор, у которого μ пропорционально интегралу σ

При скачке входной величины на значение (–10ºС) затвор регулирующего органа медленно переходит в новое положение (рис.2.11).

Рис.2.11. Закон регулирования И-регулятора.

Достоинство: отсутствие остаточного отклонения регулируемого параметра от заданного значения.

Недостаток: низкая скорость регулирования, т.е. затвор в новое положение перемещается медленно.

ПИ-регулятор

Это параллельное соединение предыдущих двух регуляторов (П и И - регуляторов). Этот регулятор сочетает положительные моменты П и И -регуляторов. У ПИ-регулятора (рис.2.12) регулирующее воздействие μ перемещает затвор пропорционально отклонению параметра σ и интегралу отклонения σ.

,

где: К, Т_и – параметры настройки регулятора. Как видим, формула данного закона – это сумма двух предыдущих формул. Затвор регулирующего органа часть пути пройдет скачком по П-закону, а оставшуюся часть – медленно по И - закону.

Рис.2.12. Закон регулирования ПИ-регулятора.

Регуляторы с предварением

ПД-регулятор

Это такой регулятор (рис.2.13), у которого выходной сигнал μ пропорционален входному сигналу σ и производной dσ/dt, т.е.

.

Рис.2.13. Закон регулирования ПД-регулятора.

Производная dσ/dt характеризует тенденцию изменения (отклонения) регулируемой величины. Величина и знак воздействия от производной позволяют регулятору как бы предвидеть в какую сторону и на сколько отклонилась бы регулируемая величина под действием данного возмущения. Это предвидение позволяет регулятору предварять своим воздействием возможное отклонение регулируемой величины. В результате процесс регулирования завершается в более короткое время.

Сначала затвор скачком переходит из точки а в точку в (П – закон), т.е. больше чем надо, затем отскакивает назад в точку б (дифференциальное действие), и остаётся в этом положении.

ПИД-регулятор.

У него 3 родителя: П-регулятор, И-регулятор, ПД-регулятор. Соответственно складываются 3 формулы (рис.2.14.)

.

Здесь: К, Т_и, Т_д – параметры настройки, которые можно настроить вручную.

Рис.2.14. Закон регулирования ПИД-регулятора.

ПИД - закон используется во всех контроллерах. Сначала затвор скачком переходит из точки а в точку в (П – закон), т.е. больше чем надо, затем отскакивает назад в точку б (дифференциальное действие), а далее затвор медленно перемещается в конечное положение (И – закон). В результате процесс регулирования завершается в более короткое время и с меньшей погрешностью регулирования.