4.1 Завдання|задача| вибору закону управління і типу регулятора|регулювальник|

Завдання|задача| вибору закону управління і типу регулятора|регулювальник| полягає в наступному|слідуючий| - необхідно вибрати такий тип регулятора|регулювальник|, який при мінімальній вартості і максимальній надійності забезпечував би задану якість регулювання. Можуть бути вибрані релейні, безперервні або дискретні (цифрові) типи регуляторів|регулювальник|.

Для того, щоб вибрати тип регулятора|регулювальник| і визначити його настройки необхідно знати:

1 Статичні і динамічні характеристики об'єкту управління.

2 Вимоги до якості процесу регулювання.

3 Показники якості регулювання для безперервних регуляторів|регулювальник|.

4 Характер|вдача| обурень|збурення|, що діють на процес регулювання.

Вибір типу регулятора|регулювальник| зазвичай|звично| починається з простих двохпозиційних регуляторів|регулювальник| і може закінчуватися самоналагоджувальними мікропроцесорними регуляторами|регулювальник|. Відмітимо|помітити|, що на вимоги технологічного регламенту багато об'єктів не допускають застосування|вживання| релейної дії, що управляє.

4.2 Визначення динамічних характеристик об'єкту регулювання

Для визначення динамічних характеристик об'єкту регулювання - коефіцієнта посилення (передачі) об'єкту До, постійною часу об’єкта| Т і запізнювання на практиці частіше користуються експериментальними методами, оскільки залежність між вхідною і вихідною величиною (перехідна характеристика або крива розгону) легше отримати|одержати| саме таким способом, див. розділ 2.6.

4.3 Показники якості процесу регулювання для безперервних регуляторів|регулювальник|

Типові процеси регулювання і показники якості безперервних регуляторів|регулювальник| представлені|уявлені| в розділах 2.7, 2.10. Як безперервні регулятори|регулювальник| передбачається|припускатися| використовувати регулятори|регулювальник|, що реалізовують І, П, ПІ, ПД| і ПІД| - закони управління. Теоретично, з|із| ускладненням закону регулювання якість роботи системи поліпшується|покращуватися|.

Відомо, що на динаміку регулювання найбільший вплив робить величина відношення|ставлення| запізнювання до постійної часу об'єкту /Т, і є ступенем|міра| трудності регулювання об'єкту. Ця величина дорівнює перехідному відхиленню регульованого параметра X у відсотках|процент| від заданого значення SP, коли величина зовнішньої регулюючої дії Y складає 1 % від діапазону регулювання.

Ефективність компенсації ступінчастого|східчастий| обурення|збурення| регулятором|регулювальник| достатньо|досить| точно може характеризуватися величиной| динамічного коефіцієнта регулювання Rd, а швидкодія -величиною часу регулювання .

4.4 Рекомендації по вибору закону регулювання і типу регулятора|регулювальник|

Мінімальний можливий час регулювання для різних законів регулювання і типів регуляторів|регулювальник| при оптимальній їх настройці визначається таблицею 4.1.

Теоретично, в системі із|із| запізнюванням, мінімальний час регулювання = 2 .

У таблиці 4.1 приведені рекомендації по вибору закону регулювання і типу регулятора|регулювальник| виходячи з величини відношення|ставлення| запізнювання до постійної часу об'єкту Т.

Якщо /Т < 0,2, то можна вибрати релейний, безперервний або цифровий регулятори|регулювальник|.

Якщо 0,2 < /Т < 1, то повинен бути вибраний безперервний або цифровий, ПІ-|, ПД-|, ПІД-регулятор|регулювальник|.

Якщо /Т > 1, то вибирають спеціальний цифровий регулятор|регулювальник| з|із| упреділювачем|, який компенсує|компенсувати| запізнювання в контурі управління. Проте|однак| цей же регулятор|регулювальник| рекомендується застосовувати і при менших відносинах /Т.

Таблиця 4.1 - Вибір закону регулювання і типу регулятора|регулювальник| по відношенню|ставлення| τd /Т и tP /τ

Співвідношення τd/Т	Співвідношення tP/τ	Характеристика об’єкта|		Закон регулювання і тип регулятора|регулювальник|
		по запізнюванню і інерційності	по ступеню|міра| регулювання|
0<τd /Т<0,05		Без запізнювання	Дуже добре регульований	Релейний, безперервний П-, ПІ-|, ПД-|, ПИД-регулятор|регулювальник|
0,05<τd /Т<0,1		З|із| великою інерційністю і з|із| малим запізнюванням	Дуже добре регульований	Релейний, безперервний П-, ПІ-|, ПД-|, ПИД-регулятор|регулювальник|
0,1<τd/Т<0,2		З|із| істотним|суттєвий| транспортним запізнюванням	Добре регульований	Релейний, безперервний П-, ПІ-|, ПД-|, ПИД-регулятор|регулювальник|
0,2<τd /Т<0,4		З|із| істотним|суттєвий| транспортним запізнюванням	Ще регульований	Безперервний або цифровою ПІ-|, ПД-|, ПІД-регулятор|регулювальник|
0,4<τd /Т<0,8		З|із| істотним|суттєвий| транспортним запізнюванням	Важко|скрутно| регульований	Безперервний або цифровою ПІ-|, ПД-|, ПІД-регулятор|регулювальник|
0,8<τd /Т<1		З|із| великим транспортним запізнюванням	Дуже важко|скрутно| регульований	Безперервний або цифровою ПІ-|, ПД-|, ПІД-регулятор|регулювальник|
τd /Т>1		З|із| великим транспортним запізнюванням	Дуже важко|скрутно| регульований	Цифровий регулятор|регулювальник| з|із| упреділювачем
	tP /τd ≥ 6,5			Безперервний або цифровий, П-регулятор|регулювальник|
	tp/xd>12			Безперервний або цифровий, ПІ-регулятор|регулювальник|
	tp/xd>7			Безперервний або цифровий, ПІД-регулятор|регулювальник|
Примітки|тлумачення|. 1. tP - час регулювання, τd - запізнювання в об'єкті, Т - постійна часу об'єкту. 2. Релейний регулятор|регулювальник| - двохпозиційний, трьохпозиційний, багатопозиційний регулятор|регулювальник|.

На параметри об'єкту значний вплив робить взаємне розташування виконавських органів (наприклад, ТЕНу) і первинного перетворювача (датчика).

Наявність запізнювання об'єкту різко погіршує динаміку замкнутої системи. Часто при відношенні|ставлення| /Т > 0,5 типові закони управління не можуть забезпечити високу точність і швидкодію процесу регулювання. Головною причиною тут є|з'являтися,являтися| різке зниження критичного коефіцієнта посилення системи при збільшенні запізнювання в об'єкті управління.

У зв'язку з цим підвищити якість управління можна або шляхом зменшення запізнювання в об'єкті, або за рахунок застосування|вживання| регулятора|регулювальник| складнішої структури, а саме оптимального регулятора|регулювальник|.

З|із| теорії оптимального управління виходить, що такий регулятор|регулювальник| в своїй структурі повинен містити|утримувати| модель об'єкту управління.

Системи управління з|із| моделлю об'єкту володіють можливістю|спроможність| передбачати майбутні зміни стану об'єкту. Вони можуть бути адаптивними чи ні|або ні| і незамінні для об'єктів з|із| істотним|суттєвий| часом запізнювання /Т > 0,2.

Перераховані в табл|. 4.1 об'єкти регулювання з|із| відношенням|ставлення| /Т < 0,2 стійкі і володіють самовирівнюванням.

Існують нестійкі об'єкти без самовирівнювання. Наприклад, вентилятор з|із| асинхронним електродвигуном з|із| жорсткою характеристикою. При зміні напруги|напруження| живлення|харчування| двигун або знаходиться|перебувати| в загальмованому стані, або розгониться|розганяється| до номінальних оборотів|зворот,оберт|.

Для кожного об'єкту управління необхідно застосовувати регулятори|регулювальник| з|із| відповідним алгоритмом і законом регулювання. Це дозволяє істотно|суттєво| понизити|знизити| втрати при функціонуванні об'єкту (витрата енергії, втрати продукції і ін.).

4.4.1 П-закон регулювання

Керуючись таблицею 4.1 можна стверджувати, що найбільшу швидкодію забезпечує П-закон управління, - виходячи із співвідношення / .

Проте|однак|, якщо коефіцієнт посилення П-регулятора|регулювальник| Кр малий (найчастіше це спостерігається в системах із|із| запізнюванням), то такий регулятор|регулювальник| не забезпечує високої точності регулювання, оскільки в цьому випадку велика величина статичної помилки.

Якщо Кр ≥ 10, то П-регулятор|регулювальник| прийнятний, а якщо Якщо Кр < 10, то потрібне введення|вступ| в закон управління інтегральної складової.

4.4.2 ПІ-закон регулювання

Найбільш поширеним на практиці є|з'являтися,являтися| ПІ-регулятор|регулювальник|, який володіє наступними|слідуючий| достоїнствами:

1. Забезпечує нульову статичну помилку регулювання.

2. Достатньо|досить| простий в настройці, оскільки настроюються|набудовуються,налаштовуються| тільки|лише| два параметри, а саме коефіцієнт посилення Кр і постійна часу інтеграції Ti. У такому регуляторі|регулювальник| є|наявний| можливість|спроможність| оптимізації величини відношення|ставлення| Кр/Тi→min, що забезпечує управління з|із| мінімально можливою середньоквадратичною помилкою регулювання.

3. Мала чутливість до шумів в каналі вимірювання|вимір| (на відміну від ПІД-регулятора|регулювальник|).

4.4.3 ПІД-закон регулювання

Для найбільш відповідальних контурів регулювання можна рекомендувати використання ПІД-регулятора|регулювальник|, що забезпечує найбільш високу швидкодію в системі.

Проте|однак| слід враховувати, що ця умова виконується тільки|лише| при його оптимальних настройках (настроюються|набудовуються,налаштовуються| три параметри).

Із|із| збільшенням запізнювання в системі різко зростають негативні|заперечний| фазові зрушення|зсув|, що знижує ефект дії диференціальної складової регулятора|регулювальник|. Тому якість роботи ПІД-регулятора|регулювальник| для систем з|із| великим запізнюванням стає порівнянно з|із| якістю роботи ПІ-регулятор|регулювальник|.

Окрім|крім| цього, наявність шумів в каналі вимірювання|вимір| в системі з|із| ПІД-регулятором|регулювальник| приводить|призводити,наводити| до значних випадкових коливань сигналу регулятора|регулювальник|, що управляє, що збільшує дисперсію помилки регулювання і знос виконавчого механізму.

Таким чином, ПІД-регулятор|регулювальник| слід вибирати для систем регулювання, з|із| відносно малим рівнем шумів і величиною| запізнювання в об'єкті управління. Прикладами|зразок| таких систем є|з'являтися,являтися| системи регулювання температури.

ПІД| регулятори|регулювальник| дозволяють для об'єктів постійною часу об’єкту| (інерційністю) Т и с| малим транспортним запізнюванням <0,2T забезпечити хорошу|добрий| якість регулювання: розузгодження регулювання E < 1% (від заданої точки), достатній малий час виходу на режим і невисоку чутливість до зовнішніх збуджень|збурення|. Іноді|інколи| (у деяких об’єктах| регулювання з|із| істотним|суттєвий| транспортним запізнюванням), при >0,2T ПІД| регулятор|регулювальник| володіє поганою якістю регулювання. В цьому випадку хороші|добрий| якісні показники забезпечують системи управління з|із| моделлю об'єкту.

Слід мати на увазі, що при неточному завданні|задавання| коефіцієнтів настройки ПІД| регулятор|регулювальник| може мати гірші показники, чим двохпозиційний регулятор|регулювальник| і навіть перейти в режим автоколивань. Для типових П-, ПІ-|, ПІД| регуляторів|регулювальник| відомі прості аналітичні і табличні методи настройки (наприклад методики Циглера-Нікольса).

Питання настройки П-, ПІ-|, ПД-|, ПІД-регуляторів|регулювальник| переглянуті| в розділі 6.