I. Характеристики объектов регулирования

Большинство промышленных объектов можно представить в виде элементов, которые являются аккумуляторами вещества или энергии. Многоемкостный объект состоит из нескольких таких аккумуляторов.

Динамические и статические свойства объекта регулирования опи­сываются дифференциальными уравнениями. Для многоемкостных объ­ектов эти уравнения имеют высокий порядок.

При решении большинства технических задач сложный многоемкостный объект обычно представляют одним или двумя типовыми динами­ческими звеньями, которые имеют приблизительно такой же переходный процесс при подаче на вход такого же возмущающего воздейст­вия. Одним из видов такого воздействия является скачкообразное (ступенчатое) изменение входного сигнала. В зависимости от ре­акции на такой входной сигнал большинство объектов можно разде­лить на два вида:

- объекты с самовыравниванием (статические), у которых регулируемая величина после окончания переходного процесса перехо­дит к новому установившемуся значению (теплообменные аппараты, помещения, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинные двигатели (ГТД) как объекты регулирования частоты вращения на больших частотах вращения);

- объекты без самовыравнивания (астатические), когда после изменения входного воздействия стабилизируется только скорость изменения регулируемой величины (емкость с жидкостью как объект регулирования уровня, если приток и сток не

зависят от уровня, ДВС к ГТД как объекты регулирования частоты вращения на малых частотах вращения и др.).

Статический объект можно представить апериодическим звеном первого порядка с последовательно включенным звеном чистого запаздывания (рис.12). Уравнения такого объекта в абсолютных от­клонениях переменных в общем случае будет иметь вид

где х - регулируемая величина; y - управляющее воздействие;f - возмущающее воздействие; τ - время запаздывания; Т - постоянная времени; k_об,k_обf - коэффициенты передачи по управ­ляющему и возмущающему воздействиям.

В лабораторной установке в объект регулирования входят элек­тромашинный усилитель (ЭМУ) и двигатель (Д) постоянного тока. Ре гулируемой величиной x является абсолютное отклонение частоты вращения ∆n , управляющим воздействием y - изменение

напряже­ния на входе ЭМУ - ∆U, возмущающим воздействием f - измене­ние нагрузки на валу двигателя ∆N, необходимой для вращения ге­нератора.

Уравнение (I) объекта регулирования в этом случае примет вид

2. Регуляторы и их законы регулирования

В промышленных замкнутых системах регулирования используют регуляторы непрерывного, импульсного и релейного действия.

В регуляторах непрерывного действий между выходными и вход­ными величинами существует непрерывная функциональная связь, на­зываемая законом (алгоритмом) регулирования. Таким образом, ха­рактер работы регулятора определяется законом регулирования,т.е. уравнением, по которому он вводит в объект регулирующее воздей­ствие y. Работа регулятора при данном законе зависит от зна­чений постоянных коэффициентов, входящих в уравнение и называе­мых параметрами настройки регулятора. Конструкция промышленного регулятора позволяет изменять настройки в широких пределах.

Регуляторы непрерывного действия, которые получили наиболь­шее распространение, подразделяют в соответствии с законами регулирования:

- регулятор пропорционального действия (П- регуляторы), либо статические, выходная величина у которых соответст­венно в общем виде и применительно к системе лабораторной уста­новки связана с входной по закону

- регуляторы интегрального действия (И - регуляторы) , или астатические, действуют по закону

- регуляторы пропорционально-интегрального действия (ПИ-ре­гуляторы), или изодромные, совмещают оба рассмотрен­ных выше закона регулирования:

- регуляторы пропорционально-интегрально-дифференциального действия (ПИД - регуляторы), или изодромные с предварением, имеют закон

Если в законе регулирования имеется И - составляющая, то система является астатической.

В уравнениях (3)-(6) k_p, k_p1, k_p2 - коэффициенты передач называемые параметрами настройки.