Автоматические регуляторы и типовые законы регулирования. Методические указания к лабораторной работе

Лабораторная работа № 8

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ И ТИПОВЫЕ ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Цель работы:

1)Ознакомиться с основными элементами автоматической системы регулирования.

2)Ознакомиться с типовыми законами регуляторов.

3)Изучить микропроцессорные измерительно-регулирующие устройства (на примере микропроцессорного измерителя-регулятора типа ТРМ 10).

Теоретическая часть

Автоматический регулятор – это устройство, которое, сравнивая текущее значение регулируемой величины с заданным, воздействует на технологический процесс таким образом, что текущее значение регулируемой величины автоматически поддерживается равным заданному [1-2].

Система автоматического регулирования (САР) – совокупность объекта регулирования и авторегулятора, взаимодействующих между собой (рис.1).

Рис. 1. Функциональная схема САР: Д – датчик; ЭС – элемент сравнения; З – задатчик; УЭ – управляющий элемент; У – усилитель; ИУ – исполнительное устройство; ОС – обратная связь;

ИЭ – источник энергии; f – возмущение (внешний фактор)

Задачей автоматического регулирования является поддержание заданных параметров, определяющих условия протекания техно-

3

логического процесса без участия человека. Факторы, влияющие на состояние процесса в объекте, называются воздействиями.

На рис. 2 приведена упрощенная структурная схема САР.

Рис. 2. Структурная схема САР

На объект регулирования действует возмущающее воздействие f, в результате чего возникает разность между текущим и заданнымз значениями регулируемой величины – сигнал рассогласования:

=( - з).

По величине сигнала рассогласования регулятор вырабатывает регулирующее воздействие . При необходимости изменить параметр регулирования Хвых изменяют величину задающего воздействия з.

Одной из основных характеристик регулятора является закон регулирования.

Закон регулирования – функциональная связь между входным и выходным значениями регулятора. Под входной величиной регулятора понимается сигнал рассогласования , а под выходной величиной – его регулирующее воздействие , которое вызывает перемещение регулирующего органа [1-2]. При этом целенаправленно изменяются материальные, энергетические потоки, вводимые в объект регулирования или выводимые из него, вследствие чего регулируемая величина возвращается к заданному значению. Следовательно, закон регулирования выражается зависимостью:

= ƒ( ).

По виду этой зависимости в теории автоматического регулирования различают пять видов законов регулирования и соответственно пять видов регуляторов с непрерывным законом регулирования: П

4

– пропорциональный, И – интегральный, ПИ – пропорциональноинтегральный, ПД – пропорционально-дифференциальный, ПИД – пропорционально-интегрально-дифференциальный [1-2].

1. Пропорциональный закон регулирования (П-регулятор)

П-регулятор – регулятор, у которого выходная величина изменяется пропорционально входной [1-2].

Ниже приведена структурная схема САР с использованием П- регулятора и переходная характеристика (рис. 3-4).

Рис. 3. Структурная схема

(1)

Рис.4. Переходные характеристики П-регулятора

5

Достоинства: надежность работы в неустановившихся режимах, простота конструкции и низкая стоимость.

Недостатки: наличие остаточного отклонения регулируемого параметра, т.е. текущее значение регулируемой величины немного не достигает заданного значения [1-2].

2. Интегральный закон регулирования (И-регулятор)

И-регулятор – регулятор, у которого изменение регулирующего воздействия пропорционально интегралу входной величины

[1-2].

Ниже приведены структурная схема САР (рис. 5) с использованием И-регулятора и переходная характеристика для идеального (рис. 6) и реального (рис. 7) интегрального регулятора.

Рис. 5. Структурная схема

(2)

6

Достоинства: высокая точность, отсутствие остаточного отклонения регулируемого параметра.

Недостатки: плохо работает в неустановившихся режимах, низкая скорость регулирования [1-2].

3. Пропорционально-интегральный закон регулирования (ПИрегулятор)

ПИ-регулятор представляет совокупность П- и И- регуляторов.

Ниже приведены структурная схема САР (рис. 8) с использованием ПИ-регулятора и переходная характеристика для идеального (рис. 9) и реального (рис.10) пропорционально-интегрального регулятора.

7

Рис. 8. Структурная схема

(3)

Рис. 9. Переходная характеристика идеального ПИ-регулятора

8

Рис. 10. Переходная характеристика реального ПИ-регулятора

Достоинства: хорошо работает в неустановившемся режиме, имеет высокую точность без остаточного отклонения и более высокое, качество, чем у П- и И- регуляторов.

Недостатки: процесс регулирования осуществляется дольше, чем у П – регулятора [1-2].

4. Пропорционально-дифференциальный закон регулирования (ПД-регулятор)

ПД-регулятор – регулятор, у которого изменение регулирующего воздействия пропорционально отклонению регулируемой величиныи скорости этого отклонения.

Регулирующий орган перемещается с некоторым опережением (предварением), пропорциональным скорости изменения регулируемой величины, поэтому действие предварения представляет временное увеличение коэффициента усиления регулятора.

Ниже приведены структурная схема САР (рис. 11) с использованием ПИ-регулятора и переходная характеристика для идеального (рис. 12) и реального (рис. 13) пропорционально-дифференциального регулятора.

9

Рис. 11. Структурная схема

(4)

Рис. 12. Переходная характеристика идеального ПД-регулятора

10