
- •1. Автоматические системы регулирования. Общие сведения. Основные понятия и определения
- •2. Принципы регулирования. Принцип регулирования по возмущению
- •3. Принципы регулирования. Принцип регулирования по отклонению
- •4.Архитектура асутп. Функциональный подход
- •5.Архитектура асутп. Структурный подход
- •6. Подсистемы и функции асутп
- •7.Виды обеспечения асутп
- •8. Программное обеспечение систем управления. Основные понятия.
- •9. Информационное обеспечение асутп
- •10. Математическое обеспечение асутп. Классификация мат. Моделей
- •1. По способу построения:
- •11. Математическое обеспечение асутп. Виды динамических моделей асутп
- •12. Математическое обеспечение асутп. Алгоритмы в асутп
- •13. Микропроцессоры, их структура
- •14.Программируемые микропроцессорные контроллеры
- •15. Устройства ввода и вывода информации. Сопряжение эвм с аналоговыми регуляторами и исполнительными устройствами
- •16. Основные принципы тестирования программ
- •17. Элементарные типовые звенья. Законы регулирования.
- •Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор.
- •Системы управления технологическими процессами (пб 09-540-03).
- •Системы противоаварийной автоматической защиты (пб 09-540-03).
- •Размещение и устройство помещений управления (пб 09-540-03).
17. Элементарные типовые звенья. Законы регулирования.
Элементарным типовым звеном системы – называется ее элемент, обладающий определенными свойствами в динамическом отношении. Звенья систем регулирования могут иметь разнообразную физическую основу . Т.к. процесс автоматического регулирования определяется только динамическими свойствами системы, а следовательно и ее звеньев, то в основу классификации звеньев положены их динамические свойства. К простейшим элементарным типовым звеньям АСР относятся – усилительное ( пропорциональное ), апериодическое, колебательное, дифференцирующее, запаздывающее ( нелинейное ), интегрирующее.
С позиции теории автоматического управления регуляторы классифицируются в зависимости от реализуемого в них закона регулирования. Закон регулирования – зависимость между входной и выходной величинами регулятора, составленная без учета инерционности его элементов.
В АСР наиболее часто применяются пропорциональный, интегральный, пропорционально-интегральный, пропорционально-дифференциальный, пропорционально-интегрально-дифференциальный законы регулирования. Регуляторы, реализующие эти законы называют – П, И, ПИ, ПД, ПИД –регуляторами.
Любой реальный промышленный регулятор теоретически можно представить в виде идеального регулятора, точно реализующего требуемый закон регулирования, и некоторого так называемого балластного звена вносящего искажения в идеальный закон регулирования.
Пропорциональный регулятор.
П- регуляторы воздействуют на регулирующий орган пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения. Y = k X , где
-
Y – регулирующее воздействие регулятора
-
Х - регулируемая величина
-
К - коэффициент пропорциональности
Т.е. выходная величина в каждый момент времени пропорциональна входной величине.
Коэффициент пропорциональности – называют коэффициентом усиления или коэффициентом передачи.
Уравнение Y = k X – алгебраическое. Это свидетельствует, что пропорциональные регуляторы передают сигнал мгновенно, без динамических переходных процессов и искажений.
Передаточная функция этого регулятора выражается как
W ( p) = K
Примерами пропорционального регулятора могут служить механические передачи, потенциометрические датчики и т.п. Основное достоинство пропорционального регулятора – их простота, т.к. промежуточные элементы не содержат корректирующих устройств и выполняют только функции усиления сигнала ошибки по мощности. Недостатки – точность регулирования не высока и во многих случаях применение пропорционального закона регулирования приводит к возникновению статической ошибки.
Х
Y
х у
Y = k X
х0
t t
Передаточная функция и переходный процесс.
Интегральные регуляторы.
Основное назначение закона И-регулирования : ликвидация установившейся ошибки регулирования. Интегральный закон регулирования – заключается в том, что в зависимость от сигнала ошибки ставится не величина регулирующего воздействия, а скорость ее изменения.
X Y
X
Y
Tg = k X
X0
Передаточная функция и переходный процесс.
Практически зависимость Y = kp Xdt , реализуется при помощи введения в состав регулятора устройств, осуществляющих интегрирование входного сигнала, т. е. И-регуляторы воздействуют на регулирующий орган пропорционально интегралу от отклонения регулируемой величины.
-
Кр - коэффициент усиления или передачи регулятора по скорости.
Передаточная функция
W (p) = Kp / P
(коэффициент передачи регулятора К0 численно равен скорости перемещения исполнительного механизма при отклонении регулируемой величины на единицу ее измерения).
Интегральный регулятор, имеющий орган настройки имеет передаточную функцию :
W ( p ) = K / Tи р
- Tи - постоянная времени интегрирования.
Интегральные регуляторы используются в целях увеличения точности работы АСР в установившихся режимах. Но поведение систем с интегральными регуляторами, в неустановившихся режимах оказывается не удовлетворительным, т.к. для ликвидации появившейся ошибки проходит определенный промежуток времени. Такое отставание процесса изменения регулирующего воздействия от процесса изменения ошибки может привести к возникновению слабо затухающих или даже расходящихся колебаний регулируемой величины относительно ее требуемого закона.
Этот недостаток устраняется путем создания более сложных законов регулирования - ПИ, ПИД.
Пропорционально-интегральный регулятор.
Для комплексного использования преимуществ законов П- и И- регулирования в АСР широко применяются ПИ- регуляторы. ПИ- регуляторы оказывают воздействие на регулирующий орган пропорционально отклонению и интегралу от отклонения регулируемой величины:
Y = k ( X + 1/Tи Xdt )
Передаточная функция W пи (p) = kp + 1/Tи
По структуре ПИ-регулятор эквивалентен параллельному соединению П-регулятора с передаточной функцией Wп (p) = kp и И-регулятора с передаточной функцией Wи (p) = 1/Tи (р)
Если при настройке ПИ-регулятора установить очень большое значение (постоянная времени ), то он превратиться в П-регулятор. Если при настройке установить очень малое значение Кр , то получим И-регулятор с коэффициентом по скорости 1/ Tи .
W
пи
(p)
Y
Tg = K/Tи * X0
Х Y Kp X0
t
При скачкообразном изменении регулируемой величины на величину Х = Х0 идеальный ПИ- регулятор в начале мгновенно перемещает исполнительный механизм на величину кХ0 пропорционально отклонению Х0 регулируемой величины, после чего исполнительный механизм регулятора дополнительно перемещается в ту же сторону со скоростью кХ0 / Tи , пропорционально отклонению регулируемой величины. Следовательно, в ПИ-регуляторах при отклонении регулируемой величины от заданного значения мгновенно срабатывает пропорциональная (статическая) часть регулятора, а затем воздействие на объект постепенно увеличивается под действием интегральной (астатической) части регулятора. Параметрами настройки регулятора являются коэффициент пропорциональности К и постоянная времени интегрирования Ти . Хорошее поведение АСР с ПИ-регуляторами в неустановившихся режимах (в динамике) обеспечивается (при правильном расчете регулятора) за счет пропорциональной составляющей К1 Х П- закона регулирования.
Дифференциальный регулятор.
Пропорциональные регуляторы оказывают на объект существенное регулирующее воздействие, когда регулируемая величина уже имеет значительное отклонение от заданного значения.
Интегральные регуляторы оказывают регулирующее воздействие, постоянно наращивая его по интегральному закону.
Таким образом, П- и И-регуляторы не могут упреждать ожидаемые отклонения регулируемой величины, реагируя только на уже имеющиеся в данный момент нарушения технологического процесса.
В то же время если регулируемая величина в какой-то момент времени начинает быстро отклоняться от заданного значения, то очевидно, что на объект поступили значительные возмущения и что отклонения регулируемой величины в результате этого воздействия будут значительными.
В этом случае желательно иметь регулятор, который вырабатывал бы регулирующее воздействие, пропорциональное скорости отклонения регулируемой величины от заданною значения:
Y=Tд dX/dt.
Передаточная функция регулятора
Wд(р) = Тд р.
Такой регулятор при большой скорости отклонения регулируемой величины, когда в начальный момент П-регулятор оказывает слабое регулирующее воздействие на объект, а И-регулятор только начинает наращивать регулирующее воздействие, оказывал бы существенное регулирующее воздействие на объект, ликвидируя тем самым ожидаемое отклонение регулируемой величины, причем чем больше возмущающее воздействие на объект, тем быстрее будет отклоняться регулируемая величина от заданного значения и тем значительнее будет регулирующее воздействие регулятора на объект, направленное на нейтрализацию возмущающего воздействия.
С учетом изложенных соображений для целей автоматического регулирования и введены в практику регулирующие устройства, формирующие закон регулирования, пропорциональный скорости отклонения регулируемой величины.
Реализация данного закона в чистом виде практически неосуществима. В связи с этим на практике используют ПД-регуляторы.