11. Статический и динамический режимы работы аср. Задачи анализа и синтеза аср.

Теоретической базой исследования и создания САУ является теория автоматического управления (ТАУ). Задачи регулирования рассматриваются в теории автоматического регулирования (ТАР) при этом решаются задачи анализа и синтеза САР.

Анализ состоит в исследовании работы созданной САР при изменении ее параметров или внешних воздействий.

Синтез заключается в выборе струк­туры системы регулирования, алгоритма управления и пара­метров настройки регуляторов.

Объект управления работает в одном из режимов: установившемся или переходном.

В установившемся режиме параметры, харак­теризующие состояние объекта, сохраняются или незначительно изме­няются с течением времени. Такой режим обычно называют статическим режимом работы САР. При анализе ус­тановившихся режимов работы САР определяют влияние параметров на точность поддержания заданного значения регулируемой величины и диапазон ее изменения.

Переходные (динамические) режимы работы яв­ляются следствием изменения нагрузки или других возмущений. При таких режимах параметры состояния объекта и системы управления меняют свои значения с течением времени. Нарушение равновесного режима может сопровождаться возвращением САР в исходное состоя­ние, переходом ее в новое равновесное состояние или непрерывным изменением параметров и удалением от первоначального состояния. В первом и во втором случаях система является устойчивой, в треть­ем - неустойчивой. Оценка устойчивости системы является одной из задач анализа рабо­ты САР.

В устойчивых системах отклонение регулируемой величины, возникшее в результате кратковремен­ного возмущения, с течением времени стремится к нулю и переходный процесс является затухающим. Переход­ный процесс помимо требований к устойчивости в САР должен удовлетворять определенным требованиям к его качеству. Исследова­ние устойчивости и качества САР необходимо выполнять одновременно с анализом установившихся режимов работы. Так повышая устойчивость системы, можно ухудшить ее статическую точность.

12. Классификация регуляторов. Типовые законы регулирования.

По закону регулирования промышленные регуляторы разделяют на: пропорциональный (П - регулятор), интегральный (И - регулятор), пропорционально-интегральный (ПИ-регулятор), пропорционально -интегрально -дифференциальный (ПИД - регулятор).

Переходные характеристики, соответствующие типовым законам регулирования, показаны сплошными линиями. Отличие характеристик (пунктирные кривые) от типовых обусловлено инерционностью их элементов.

П- регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, про­порциональное отклонению е регулируемой величины от заданного значения:

, передаточная функция

где К_р – коэффициент передачи регулятора.

Динамические характеристики П-регулятора соответствуют харак­теристикам безынерционного звена.

Изменение коэффициента передачи К_р меняет динамические и статические свойства замкнутой системы.

Наличие статической ошибки - отличительная особенность и глав­ный недостаток П-регуляторов.

И - регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, про­порциональное интегралу отклонения регулируемой величины от ее заданного значения:

или , передаточная функция -

где Т_и – время интегрирования (параметр настройки регулятора)

Динамические характеристики И - регулятора соответствуют характе­ристикам интегрирующего звена.

Система с И -регулятором не имеет статической ошибки регулирования. Динамическая ошибка в системах с И -регулятором больше, чем с П -регулятором. И -регулятор обес­печивает устойчивую работу только объектов с самовыравниванием. Обычно интегральный закон регулирования формируется в виде блока или устройства, являющегося составной частью ПИ- или ПИД -регулятора.

ПИ- регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, про­порциональное сумме отклонения и интеграла от отклонения регулируемой величины:

, передаточная функция -

ПИ-регулятор сочетает хорошее регулирование П-регулятора в начальной части переходного процесса и И -регулятора в конце пере­ходного процесса. ПИ-регулятор имеет два параметра настройки К_риТ_и.

Система с ПИ-регулятором не имеет статической ошибки и обла­дает меньшей динамической ошибкой, чем система с И - регулятором. ПИ-регуляторы обеспечивают устойчивое регулирование практически любых промышленных объектов. Изменяя параметры настройки ПИ-регуляторов, можно реализовать И- и П- законы регулирования, а также позиционный релейный закон, при котором регулирующий ор­ган может находиться в двух устойчивых позициях: "Открыто" или Закрыто".

П И Д- регулятор вырабатывает регулирующее воздействие пропорционально отклонению, интегралу и скорости изменения откло­нения регулируемой величины:

, передаточная функция -

где Т_d - время упреждения (опережения, предварения, дифференцирования), характеризующее степень ввода производной в закон регулирования.

ПИД-регуляторы имеют три параметра настройки (К_р, Т_л, Т_у) и в динамическом отношении подобны системе из трех параллельно включенных звеньев: пропорционального, интегрирующего и диффе­ренцирующего .

Дифференцирующая составляющая увеличивает регулирующее воздействие на начальном участке переходного процесса и уменьшает его в конце процесса. В результате время регулирования сокращается при одновременном повышении точности и плавности выхода на тре­буемый режим работы.

ПИД-регуляторы сложнее ПИ-регуляторов, но позволяют улуч­шить качество регулирования технологических процессов.