2.8. Структурная схема сложного регулятора (рис.2.18)
Регулятор состоит из трех блоков:
блок с коэффициентом усиления К1 реализует пропорциональный закон регулирования;
блок с коэффициентом усиления К2 реализует интегральный закон регулирования;
блок с коэффициентом усиления К3 реализует дифференциальный закон регулирования.
Настройка регулятора выполняется путём изменения значений коэффициентов усиления отдельных цепей, и в частности, можно отключать отдельные цепи, задавая нулевые значения соответствующим коэффициентам. При этом возможны следующие работоспособные варианты:
|
Значения коэффициентов |
Название регулятора |
Сокращённое название |
|
К1 > 0; К2 = 0; К3 = 0 |
Пропорциональный регулятор |
П-регулятор |
|
К1 > 0; К2 > 0; К3 = 0 |
Пропорционально-интегральный регулятор |
ПИ-регулятор |
|
К1 > 0; К2 = 0; К3 > 0 |
Пропорционально-дифференциальный регулятор |
ПД-регулятор |
|
К1 > 0; К2 > 0; К3 > 0 |
Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор |
ПИД-регулятор |
Каким образом влияют на качество переходного процесса отдельные блоки регулятора?
Введение пропорционального блока обеспечивает принцип регулирования по отклонению, т.е. реагирование регулятора на изменение регулируемого параметра, вызванное любым возмущением. Кроме того, наличие этого блока обеспечивает устойчивость системы. Правда, введение пропорционального блока вызывает появление статической ошибки регулирования. Её величина обратно пропорциональна значению коэффициента усиления К1, однако бесконечно увеличивать его значения нельзя, т.к. при этом уменьшается запас устойчивости.
Введение интегрирующего блока уменьшает статическую ошибку, поскольку интегральная составляющая сигнала регулятора становится равной нулю только при нулевом отклонении регулируемого параметра.
На динамическую ошибку (заброс) интегрирующая цепочка не оказывает влияния, поскольку сразу после внезапного отклонения регулируемого параметра, вызванного внешним возмущением, временной интеграл этого отклонения равен нулю.
Возможность увеличения влияния интегрирующей цепочки за счёт увеличения коэффициента К2 ограничена тем, что при этом затягивается переходный процесс.
Введение дифференцирующего блока уменьшает динамическую ошибку, поскольку дифференциальная составляющая сигнала регулятора быстрее и резче реагирует на отклонение регулируемого параметра, чем пропорциональная составляющая. На статику системы эта цепочка не влияет, поскольку в установившемся состоянии системы регулируемый параметр не меняется, и его производная по времени равна нулю.
Возможность увеличения влияния дифференцирующей цепочки за счёт увеличения коэффициента К3 ограничена тем, что при этом уменьшается запас устойчивости системы.
Современные регуляторы, как правило, имеют универсальную структуру, т.е. являются изначально ПИД-регуляторами. Настройка этого регулятора применительно к конкретной задаче управления заключается в определении оптимального соотношения значений коэффициентов усиления, обеспечивающего наилучшие статические и динамические качества САР.