Автоматические регуляторы.

I. Классификация.

Автоматический регулятор (АР) – устройство, совокупность устройств, посредством которого осуществляется процесс автоматического регулирования.

Функция АР: формирование сигнала рассогласования между регулируемой величиной и её заданным значением и динамическое преобразование этого сигнала по типовым законам регулирования.

Закон регулирования – математическое выражение функциональной зависимости выходной величины от входной величины.

Задача АР – формирование такого управляющего воздействия на объект регулирования, чтобы привести объект управления (ОУ) в требуемое состояние.

Требования к АР:

1) Безударный переход (без дополнительных переходных процессов в цепях) с режима ручного управления на автоматический и обратно.

2) В режиме автоматического управления безударный переход с внешнего источника задания на внутренний.

3) Ограничение выходного аналогового сигнала по верхнему и низкому уровню и сигнализация этих значений.

4) Гальваническое разделение входных и выходных цепей.

5) Связь с ЭВМ верхнего уровня иерархии.

6) Аналоговая и дискретная автоподстройка динамических параметров регулятора.

 

В зависимости от способности изменять свой режим работы регуляторы подразделяются на:

1) Детерминированные.

2) Регуляторы с настройкой.

Детерминированные регуляторы не изменяют свой режим работы в процессе регулирования.

В регуляторах с настройкой происходит автоматическая настройка на подрежим работы объекта.

2. а) экстремальные

б) адаптивные

Экстремальные регуляторы – непрерывно производится поиск оптимальных значений выходных величин объекта. Подразделяются на:

- с постоянной скоростью исполнительного механизма (с запоминанием экстремумов, шаговый экстремальный регулятор)

- с переменной скоростью исполнительного механизма (с управлением по производной, со вспомогательной модуляцией).

В адаптивных регуляторах – происходит настройка параметров с целью достижения оптимального качества регулирования при изменении характеристик объекта регулирования во время его работы.

- с эталонной моделью

- с самонастраивающейся моделью.

Детерминированные регуляторы по наличию дополнительного источника энергии разделяются на:

1) регуляторы прямого действия

2) регуляторы не прямого действия

Регуляторы прямого действия управляют технологическим объектом за счёт энергии, полученной от регулируемой среды, и не требуют дополнительного источника энергии.

- пропорциональный П-регулятор

- интегрирующий И-регулятор

- двухпозиционные

Регуляторы не прямого действия по виду дополнительного источника энергии подразделяются на:

- электрические

- пневматические

- гидравлические

- комбинированные

В зависимости от характера воздействия на ОУ регуляторы могут быть:

- непрерывного действия

- дискретного действия

Непрерывные регуляторы – обеспечивают непрерывное изменение управляющего воздействия:

П –

И –

ПИД –

ПИ –

ПД – регуляторы.

Дискретные регуляторы изменяют регулирующее воздействие только в определённые моменты времени, в интервале между которыми регулирующее воздействие постоянно.

В зависимости от вида квантования входного сигнала дискретные регуляторы делятся на:

· релейные ( двухпозиционные, трёхпозиционные, с постоянной скоростью исполнительного механизма, с переменной структурой)

· импульсные (амплитудно-импульсные, широтно-импульсные, частотно-импульсные, фазоимпульсные)

· цифровые (с числоимпульсным кодом, с частотно-импульсным кодом)

По характеру математической связи между выходными и входными величинами АР подразделяются на:

- Линейные (П-, ПИ-, ПИД, и т.д.)

- Нелинейные (экстремальные, адаптивные, релейные)

 

В зависимости от конструктивного исполнения:

1) Приборного типа

2) Аппаратного типа

3) Агрегатного типа

Приборный тип: включен последовательно со вторичным прибором

Аппаратного типа: включен параллельно ВП и формируется сигнал ошибки (РП2,РП4,РП25).

Агрегатного типа: исполняются при стандартных унифицированных сигналах на выходе датчиков, компонуются из отдельных блоков или модулей (например, промышленные контроллеры)

 

 

 

Линейные регуляторы.

 

Регуляторы, которые позволяют реализовать теоретические законы регулирования, называются идеальными. Эти регуляторы операции сложения, дифференцирования, интегрирования, умножения на const выполняют абсолютно точно.

1) П - регулятор:

Закон регулирования: y = k_p*x

k_p – коэффициент регулятора, это параметр настройки данного регулятора. Отклонение ‘x’ от ‘x₀’ вызывает перемещение регулирующего органа на величину, пропорциональную этому отклонению:

Δx = x₀-x

W(p) = k_p

П-регулятор обладает статизмом – это величина, обратная коэффициенту пропорциональности.

δ – статизм или диапазон дросселирования (если в %)

 

δ = 1/k_p*100%

 

2) И - регулятор:

Закон регулирования: y =

Т_и – постоянная времени интегрирования. Это параметр настройки регулятора.

 

W(p)= ;

 

 

Не обладает статизмом.

 

3) ПИ - регулятор:

Закон регулирования:

Не обладает статизмом.

В динамическом отношении ПИ – регулятор – это система из двух параллельно включенных регуляторов «П» и «И»; при возрастании до бесконечности ПИ – регулятор превращается в П – регулятор. Если k_р стремится к 0 и стремится к 0, а , то получим И - регулятор.

4) ПД – регулятор:

Закон регулирования:

- постоянная времени дифференцирования.

Обладает остаточной неравномерностью:

5) ПИД – регулятор:

Закон регулирования:

В динамическом отношении ПИД – регулятор – это система из трёх параллельно включенных звеньев: безынерционного, интегрирующего, идеально дифференцирующего. Если = 0, то ПИД – регулятор преобразуется в ПИ – регулятор. Не обладает остаточной неравномерностью.

Промышленные регуляторы состоят из реальных элементов, поэтому их динамические характеристики отличаются от идеальных. Для оценки расхождения идеального и реального регуляторов, передаточную функцию реального регулятора представляют в виде произведения передаточной функции идеального регулятора и передаточной функции некоторого балластного (корректирующего) звена - .

Балансное звено не имеет заранее известной передаточной функции. Разные регуляторы имеют свои балластные звенья.

Исследование динамики балластного звена позволяет сделать вывод об особенностях структурной схемы и настройки того или иного реального регулятора. Если регулятор идеальный, то: ; модуль = 1; фаза = 0

Чем больше отличается от «1», тем больше отличается реальный регулятор от идеального.

Степень отличия зависит от динамических характеристик, конструкции и настройки.