3.1.2. Статическое и астатическое регулирование

Если на управляемый процесс действует возмущение f то важное значение имеет статическая характеристика САУ в фор­ме у = Ffj) при у₀ = const. Возможны два основных вида этих ха­рактеристик (рис.3.7.). В соответствии с тем, какая из двух харак­теристик свойственна для данной САУ (рис.3.7а), различают ста­тическое (рис.3.7.б), и астатическое (рис.3.7.в), регулирование.

Рассмотрим систему регулирования уровня воды в баке (рис.3.8). Возмущаюшим фактором является поток Q воды из ба­ка. Пусть при Q = 0 имеем у = у₀ , ε = 0. ЗУ системы настраива­ется так, чтобы вода при этом не поступала. При Q≠0 уровень воды понижается (ε≠0), поплавок опускается и открывает за­слонку, в бак начинает поступать вода.

Рисунок 3.7 - Статическое и астатическое регулирование в САУ.

Новое состояние равновесия достигается при равенстве вхо­дящего и выходящего потоков воды. Но в любом случае при Q ≠ 0 заслонка должна быть обязательно открыта, что возможно только при ε≠0. Причем, чем больше Q, тем при больших значе­ниях ε устанавливается новое равновесное состояние.

Рисунок 3.8 - САУ регулирования воды в баке

Статическая характеристика САУ имеет характерный наклон (рис.3.76.). Это есть пример стати­ческого регулирования. Для полу­чения статического регулирования все звенья САР должны быть статическими. Статические регуля­торы работают при обязательном отклонении ε регулируемой ве­личины от требуемого значения. Это отклонение тем больше, чем больше возмущение f. Это заложено в принципе действия регуля­тора и не является его погрешностью, поэтому данное отклоне­ние называется статической ошибкой регулятора. Чем больше ко­эффициент передачи регулятора К_р, тем на большую величину откроется заслонка при одних и тех же значениях ε, обеспечив в установившемся режиме большую величину потока Q.

Это значит, что на статической характеристике одинаковым значениям ε при больших К_р будут соответствовать большие зна­чения возмущения Q, статическая характеристика САУ пойдет более полого. Поэтому, чтобы уменьшить статическую ошибку, надо увеличить коэффициент передачи регулятора.

Статизм d CAP показывает, насколько сильно значение регу­лируемой величины отклоняется от требуемого значения при действии возмущений, и равен тангенсу угла наклона статиче­ской характеристики, построенной в относительных единицах (рис.3.9.):

d = tg(a) = (y/y_н)/ (f/f_н)

где у =y_н,f=f_н - точка номинального режима САУ. При достаточно больших значениях К_р имеем d ≈ 1/К_р.

В некоторых случаях статическая ошибка недопустима, тогда переходят к астатическому регулированию, при котором регули­руемая величина в установившемся режиме принимает точно требуемое значение независимо от величины возмущающего фактора. Статическая характеристика астатической САУ не име­ет наклона (рис.3.7в.).

Возможные неточности относятся к погрешностям конкрет­ной системы и не являются закономерными.

Для того, чтобы получить астатическое регулирование, необ­ходимо в регулятор включить астатическое звено, например ИД, между ЧЭ и УО (рис.3.10.).

Если уровень воды понизится, то поплавок переместит дви­жок потенциометра на величину ∆L, за счет этого появится раз­ность потенциалов ∆φ≠0 и ИД начнет поднимать заслонку до тех пор, пока ∆φ не уменьшится до нуля, а это возможно только при у = у₀ . При поднятии уровня воды разность потенциалов сменит знак и двигатель будет вращаться в противоположную сторону, опуская заслонку.

Рисунок 3.9 - К понятию статизма d

Достоинства и недостатки стати­ческого и астатического регулирова­ния:

- статические регуляторы обладают статической ошибкой;

- астатические регуляторы статической ошибки не имеют, но они более инерционны, сложны конструктивно и более дороги.

Обеспечение требуемой статической точности регулирования является первой основной задачей при расчете элементов САУ.

Рисунок 3.10 - Регулирование воды в баке астатическим регулятором.