Интегральные (астатические) регуляторы

Интегральными (И-регуляторами) – называют регуляторы, у которых скорость перемещения регулирующего органа пропорциональна величине отклонения регулируемого параметра от заданного значения.

Закон интегрального регулятора в дифференциальной форме:

,

где - скорость перемещения регулирующего органа,

S₁ – коэффициент пропорциональности,

S1=1/T_S, где T_S – время перемещения регулирующего органа.

Чем на большую величину отклоняется регулируемый параметр от заданного значения, тем быстрее будет перемещаться регулирующий клапан.

Схема И-регулятора прямого действия

Закон регулирования И-регулятора в интегральной форме:

Ts-время перемещения регулирующего органа, является единственным параметром настройки И-регулятора.

Статическая характеристика И-регулятора

При определенном значении регулируемого параметра G_ЗД регулирующий орган может занимать положения от «открыто» до «закрыто» в любой точке. При этом регулируемый параметр временно отклоняется в определенных пределах.

Динамическая характеристика И-регулятора

Переходные процессы регулирования

С уменьшением Ts растет колебательность переходного процесса. При слишком малых значениях Ts система регулирования может перейти в неустойчивое состояние.

Достоинство: регулируемый параметр всегда стремится довести до заданного значения.

Недостатки:

1. Замедленность действия;

2. Возможны большие отклонения параметра от заданного значения;

3. Неустойчивые системы регулирования с астатическими параметрами.

Пропорционально-интегральные (изодромные) регуляторы

Сочетают в себе положительные качества пропорциональных и интегральных регуляторов.

ПИ-регулятор представляет собой параллельно работающие две составляющие:

П-пропорциональная составляющая;

И-интегральная составляющая.

Структурная схема пи-регулятора

∆G = G - G_ЗД

При нанесении на ПИ-регулятор ступенчатого возмущения первоначально срабатывает пропорциональная часть регулятора, перемещая мгновенно клапан на величину ∆µ_ПР. Затем в действие вступает интегральная часть регулятора, которая медленно во времени перемещает клапан в том же направлении до завершения процесса регулирования, т.е., когда регулируемый параметр G будет доведен до G_ЗД.

Динамическая характеристика ПИ-регулятора:

Представляет собой сумму динамических характеристик П- и И-регуляторов.

Закон регулирования ПИ-регулятора в дифференциальной форме:

,

где - пропорциональная составляющая,- интегральная составляющая.

Закон регулирования ПИ-регулятора в интегральной форме:

,

где - пропорциональная составляющая, -интегральная составляющая.

Ti – время изодрома - это то время, за которое перемещается клапан под действием интегральной составляющей на такую же величину, на которую он предварительно переместился под воздействием пропорциональной составляющей.

ПИ-регуляторы имеют 2 параметра настройки:

-предел пропорциональности D от 5 % до 3000%;

-время изодрома Ti (время интегрирования 5 сек ÷ 100 мин).

Подбором этих параметров настройки добиваются желаемого вида переходного процесса. Оптимальным является переходной процесс с 20% перерегулированием. Если Ti = ∞, то ПИ-регулятор превращается в чисто П-регулятор. На пневматических регуляторах отключение интегральной части осуществляется путем перекрытия дросселя для настройки Ti.

Пропорционально-дифференциальные (ПД-регуляторы)

Если нагрузка объекта изменяется часто и резко, и при этом объект имеет существенное запаздывание, то ПИ-регулятор дает неудовлетворительное качество регулирования. Тогда целесообразно в закон регулирования вводить дифференцирующую составляющую, то есть воздействовать на регулирующий орган дополнительно по величине первой производной от изменения регулируемого параметра.

Закон регулирования ПД-регулятора:

,

где - пропорциональная составляющая, - дифференциальная составляющая.

Тд – параметр настройки дифференциальной составляющей и его можно изменять от 5 сек до 10 мин. Если объект обладает определенным запаздыванием y = k∙x, y’= (k∙x)’ = k, где k = tg угла наклона прямой. За счет дифференциальной составляющей упреждается перемещение регулирующего органа.

Время дифференцирования (время предварения) Тд – это интервал времени между моментами достижения регулирующим органом одинакового положения при наличии дифференциальной составляющей и без нее.

Чем больше время дифференцирования Тд, тем больше скачок в перемещении регулирующего органа.

При использовании управляющих ЭВМ закон регулирования устанавливается программно (есть соответствующая программа).

Пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы

Закон регулирования ПИД-регулятора:

,

где - пропорциональная,- интегральная, - дифференциальная составляющие.

ПИД-регуляторы имеют 3 параметра настройки:

- D – предел пропорциональности (изменяется от 5% до 3000%);

-Тi – время изодрома (5 сек - 100 мин);

Тд – время предворения (5 сек - 10 мин).

ПИД закон регулирования дает лучшие качества регулирования по сравнению с другими законами.

∆у - максимальное динамическое отклонение, t_Р - время переходного процесса (время регулирования) – чем меньше эти величины, тем лучше качество регулирования.