Выбор регуляторов

Основным вопросом при выборе регуляторов является вопрос правильности определения характеристики регулятора применительно к динамическим свойствам объекта.

При отсутствии регулятора внесенное возмущение вынуждает регулируемую величину объекта изменяться по некоторой кривой, определяемой свойствами данного объекта. Максимальное отклонение регулируемой величины в этих условиях зависит от значения возмущения

где р — коэффициент, отражающий свойства объекта; λ₀ — значение возмущающего воздействия.

Продолжительность отклонения регулируемой величины определяется временем действия возмущения на объект. Если включить регулируемый объект в систему регулирования, то можно уменьшить абсолютное значение отклонения σ_mах и время, в течение которого это отклонение будет продолжаться.

Однако регуляторы с различными характеристиками обеспечивают разные результаты регулирования, что вызывает необходимость их выбора в соответствии со свойствами регулируемого объекта. При правильно выбранном регуляторе и соответствующей его настройке степень затухания процесса регулирования должна быть примерно равна 0,75 (при этом значении обеспечивается наиболее благоприятное изменение регулируемой величины).

Выбор регуляторов на основании ориентировочных сведений о проектируемом объекте

При отсутствии сведений о динамических свойствах проектируемого объекта выбор регуляторов следует производить по аналогии с действующими объектами или же на основании предположительных соображений о свойствах данного объекта, учитывая при этом критерии, приведенные в табл. П2.1.

Двухпозиционные регуляторы применяются для объектов без большого запаздывания, обладающих большой емкостью, при постоянной или очень мало меняющейся нагрузке и соблюдении условия 0 < τ/Т₀ < 0,2.

Импульсные регуляторы применяются для объектов без большого запаздывания, обладающих средней емкостью, при постоянной или плавно и мало меняющейся нагрузке и соблюдении условия

Эти регуляторы применяются также для объектов с одной емкостью, не обладающих свойством самовыравнивания. Хорошая работа двухпозиционных регуляторов во многом зависит от инерционности чувствительного элемента, которая должна соответствовать инерционности объекта.

Для двух- и более емкостных объектов двухпозиционное регулирование применяется редко: только в тех случаях, когда не требуется большая точность поддержания регулируемой величины.

И-регуляторы применяются для объектов с самовыравниванием, небольшим запаздыванием, имеющих любую мощность, при медленно меняющейся нагрузке.

Для получения оптимального переходного процесса в системе астатического регулирования необходимо выполнение следующих условий:

объект должен быть статическим;

постоянная времени объекта Т₀ должна быть в пределах 2 ...40 с;

время емкостного запаздывания процесса в системе регулирования должно составлять не более 1/10 от постоянной времени объекта, т.е.

скорость перемещения регулирующего органа и коэффициент усиления регулятора должны выбираться в соответствии с емкостью объекта.

Также И-регуляторы с постоянной скоростью хорошо работают в объектах регулирования уровня, давления и температуры, но при обязательном условии, что чистое запаздывание т и время разгона Т₀ малы, а постоянная времени объекта Т₀ составляет не более 30...40 с. При этом чем больше емкость объекта, тем больше должна быть скорость перемещения регулирующего органа, а следовательно, и скорость регулирования.

где Т_П — время перемещения регулирующего органа; Δ — зона нечувствительности регулятора; А — некоторая постоянная, зависящая от свойств объекта и характера возмущения.

И-регулятор с постоянной скоростью перемещения регулирующего органа может применяться только при наличии у него некоторой зоны нечувствительности; в этом случае регулирование становится устойчивым, что достигается также при условии

При этом чем меньше Т_П, тем больше должна быть зона нечувствительности Δ.

Устойчивое регулирование И-регулятор обеспечивает при условии

где R — коэффициент сопротивления (по выходу); С — коэффициент емкости объекта.

При регулировании уровня воды в баке коэффициент сопротивления

где H — уровень воды; Q— расход воды.

При регулировании температуры жидкости в баке коэффициент сопротивления

где t_п — потенциальное значение температуры; Q₀ — количество теплоты, вносимое в объект; Q_s — количество теплоты, уносимое из объекта.

П-регуляторы применяются в объектах со средней емкостью, небольшим запаздыванием и при небольших изменениях нагрузки. Большей частью они применяются для одноемкостных объектов, реже для двухъемкостных. Для многоемкостных объектов пропорциональные регуляторы применяются ограниченно.

П-регуляторы могут обеспечить устойчивое регулирование объекта с самовыравниванием при условии

где к_р и к₀ — соответственно коэффициенты передачи регулятора и объекта; σ_ст — статическая ошибка, и объекта без самовыравнивания при условии

ПИ-регуляторы применяются в объектах с любой емкостью, большим запаздыванием и при большой, но медленно меняющейся нагрузке.

Для объектов многоемкостных эти регуляторы применяются при τ > > 0,1T_о.

ПД-регуляторы применяются в объектах со средней емкостью, при большом времени запаздывания и при малых изменениях нагрузки.

ПИД-регуляторы применяются в объектах с любой емкостью, очень большим запаздыванием и при больших и резких изменениях нагрузки.

Эти регуляторы нецелесообразно применять для объектов, в которых τ/T₀ > -1.