11.3. Классификация регуляторов по реализуемому закону регулирования

где К — коэффициент усиления.

Пропорциональный, или П-регулятор с одним параметром настройки. Его передаточная функция совпадает с передаточной функцией пропорционального типового динамического звена:

Коэффициенты, входящие в передаточные функции регуляторов, называются их параметрами настройки. В конструкциях регуляторов закладывается возможность изменения значений этих коэффициентов в широком диапазоне.

В некоторых конструкциях П-регулятора коэффициент К может изменяться в диапазоне от 0,1 до 40.

Интегральный (астатический), или И-регулятор с одним параметром настройки. Его передаточная функция совпадает с передаточной функцией астатического (интегрирующего) ТДЗ:

где Т_и — время интегрирования.

В некоторых конструкциях И-регулятора параметр настройки Т_И может изменяться в диапазоне от 1 до 2000 с.

Пропорционально-интегральный, или ПИ-регулятор с двумя параметрами настройки. Это один из наиболее часто используемых в промышленных САУ типов регуляторов. Его передаточная функция следующая:

Параметрами настройки регуляторов этого типа являются коэффициент усиления К и время интегрирования Т_И. Передаточная функция ПИ-регулятора включает в себя сумму его пропорциональной и интегральной составляющих, что соответствует параллельно-согласованному соединению элементов или звеньев, заложенному в структуре ПИ-регулятора. Следовательно, в случае I отказа интегральной составляющей ПИ-регулятор будет работать I как П-регулятор, что повышает надежность его работы.

Пропорционально-дифференциальный, или ПД-регулятор с двумя параметрами настройки. Его передаточная функция имеет вид

где Т_д — время дифференцирования.

В некоторых конструкциях ПД-регулятора параметр настройки Т_д изменяется в диапазоне от 1 до 200 с.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный, или ПИД-регулятор с тремя параметрами настройки. Его передаточная функция имеет вид

т.е. этот регулятор имеет три параметра настройки: К— коэффициент усиления, Т_и — время интегрирования, Т_д — время дифференцирования.

Выбор типа регулятора или закона регулирования для конкретного объекта управления — задача не из простых. Этот выбор определяется несколькими факторами: видом передаточной функции объекта; отношением общего времени его запаздывания к постоянной времени Т₀ (если статический объект с запаздыванием) или к Т (если астатический объект с запаздыванием), а также требованиями к качеству работы проектируемой САУ. Существует ряд диаграмм и эмпирических формул, позволяющих по передаточной функции объекта определить необходимый тип регулятора и его оптимальные параметры настройки.

Однако на практике часто используется метод проб и ошибок. Сначала предварительно выбирают тип регулятора и задают его параметры настройки, затем проверяют САУ на устойчивость и качество работы и, если полученные показатели не удовлетворяют заданным требованиям к проектируемой САУ, все начинают сначала, т.е. выбирают более сложный тип регулятора и т.д.

Что дает применение различных типов регуляторов иллюстрирует рис. 11.4, где приведены графики процессов регулирования параметров статического объекта (апериодического ТДЗ) в системах с П-, И-, ПИ- и ПИД-регуляторами.

Статический объект обладает свойством самовыравнивания, поэтому его регулируемый параметр без регулятора с течением времени по экспоненте приходит к постоянному значению. В САУ с П-регулятором имеется статическая ошибка, а в САУ с ПИД-регулятором (самым сложным и дорогим) — минимальные динамическая ошибка и время регулирования (см. рис. 11.4).