Основные законы автоматического регулирования и типы регуляторов

 

Характер зависимости выходного сигнала регулятора от входного, т.е. закон, по которому его вход­ной сигнал преобразуется в выходной, называется законом регули­рования.

Свойства регулятора проявляются, как и свойства объектов регулирования и АСР, в реакции на скачкообразное входное воз­действие.Рассмотрим типовые за­коны регулирования и области их применения.

Наиболее простым является такой закон регулирования, при котором выходной сигнал регулятора линейно зависит от вход­ного.

 

где — коэффициент пропорциональности, называемый коэф­фициентом передачи регулятора, — постоянная составля­ющая сигнала

Закон регулирования, выраженный формулой называется пропорциональным. Сокращенно говорят, что это П-закон регулирования, а сам регулятор называют пропорцио­нальным или П-регулятором.

Этот закон действует, например, при регулировании уровня в емкости, где регулирующее воздействие — степень открытия кла­пана — пропорционально перемещению поплавка, т. е. отклоне­нию уровня в емкости от его задания.

Почти всем объектам в СТОЗ в той или иной мере присуще за­паздывание, особенно переходное. Запаздывание ухудшает каче­ство регулирования в АСР с обратной связью. Таким образом, регулирующее воздействие по П-закону как бы оказывается несвоевременным и неспособным поэтому эффективно скомпенсировать действие возмущений.

Этот недо­статок П-закона регулирования сужает область его применения. Закон можно усовершенствовать, если в нем учитывать тенденцию изменения рассогласования в будущем. Такой регулятор будет иметь способность к предварению, т.е. он будет реагировать на рассогласование с опережением по времени. Предварение — яв­ление, противоположное запаздыванию, и поэтому может его скомпенсировать.

В математике нахождение скорости изменения некоторой переменной величины называется дифференцированием. По­этому такой закон регулирования — пропорционально-дифферен­циальный (сокращенно — ПД-закон регулирования и ПД-регулятор).

ПД-закон регулирования расширяет область применения П-закона на объекты со значительным запаздыванием.

Операция отыскания переменной величины по известной скорости ее изменения обратна операции дифференцирования и называется интегрированием. Величина имеющая размерность времени, называется временем интегрирования.

Такой закон регулирования называется пропорционально-ин­тегральным (сокращенно ПИ-закон регулирования и, соответ­ственно, ПИ-регулятор). Здесь переменная величина является интегральной составляющей закона регулирования (И-составляющей).

В результате введения И-составляющей величина перестает быть параметром настройки ПИ- и ПИД-регуляторов. Вместо нее в этих регуляторах появляется новый параметр настройки — время интегрирования т_и.

Итак, типовые законы (П, ПД, ПИ и ПИД) состоят из П-, Д-и И-составляющих, каждая из которых по-своему связана с вход­ным сигналом регулятора Дх. ПИД-закон включает все три со­ставляющие.

Рассмотренные типовые законы регулирования характеризу­ются непрерывной зависимостью выходного сигнала регулятора от рассогласования Дх: любое сколь угодно малое изменение Дх вызывает изменение. Однако применяемые на практике за­коны не только непрерывные. Существуют и дискретные законы регулирования, в частности релейные, где выходной сигнал регулятора г имеет лишь одно из двух возможных значений — или. Следовательно, и регулирующий орган может находиться в одном из двух положений: открыто (включено) — закрыто (вы­ключено). Такой закон называется двухпозиционным и имеет вид:

 

Релейные регуляторы обычно конс­труктивно проще непрерывных, и их при­меняют, когда не предъявляются высокие требования к качеству управления. Примером двухпозиционного регулятора может служить регулятор температуры в электрическом утюге. Этот регулятор включает нагревательную спираль, когда температура утюга ниже заданной и, выключает ее, когда темпе­ратура становится выше заданной. Здесь входной сигнал регуля­тора — отклонение регулируемой температуры от заданной, а вы­ходной г — состояние спирали: г, - спираль включена (при Дх < 0), г₂ — выключена (при Дх > 0).