7.3 Методы формирования законов регулирования

Реализацию различных законов автоматического регулирования можно осуществлять тремя способами: 1) с помощью устройств отрицательной обратной связи; 2) путем суммирования сигналов, получаемых от усилительного, интегрирующего и дифференци­рующего звеньев в соответствующей комбинации; 3) путем ис­пользования обоих методов., Как правило, исполнительные

Pиc. 7.4

Структурные схемы реализации законов регулирования:

а — И-регулятор; б — введение обратной связи по положению исполнительного механизма; в — охват обратной связью усилителя

механизмы, применяемые в системах автоматического регулиро­вания, представляют собой интегрирующие звенья и имеют пере­даточную функцию:

Wим (Р)=11 Т_{и. м} Р

где Т_м —постоянная времени исполнительного механизма (время перемещения выходного вала из одного крайнего положения в другое при максимальном входном сигнале).

При помощи последовательного соединения усилителя и испол­нительного механизма можно осуществить только И-закон регулирования. Для получения других законов регулирования необходимо охватить отрицательной обратной связью усилитель и исполнительный механизм — обратная связь по положению исполнительного механизма или только усилитель — внутренняя обратная связь. По правилам последовательного соединения звеньев и введения обратной связи передаточная функция регулятора по структурной схеме имеет вид:

W _р(р) = W _у(р) W _и.м(р)[1+ W _у(р) W _и.м(р) W _о.с.(р)]

W _у(р)= k_y, где k_y― коэффициент усиления.

Передаточные функции устройств обратной связи, необходимые для получения различных законов регулирования, сведем в таблице 2.

Таблица 2. Передаточные функции устройств обратно» связи для реализации законов регулирования

В промышленных регуляторах устройства обратной связи реа­лизуются механическими, электрическими, гидравлическими и пневматическими элементами в зависимости от вида потребляемой энергии. Однако передаточные функции этих элементов для полу­чения заданного закона регулирования следует выбирать так, как указано выше.

7.4 Выбор закона регулирования и параметров настройки регулятора

Основными факторами, определяющими закон регулирования и его настройки, являются статические и динамические характеристики объекта регулирования и требования технологии к качеству

регулирования. Если объект представляется в виде последовательного соединения апериодического звена и звена чистого запаздывания, то характеристиками объекта являются коэффициент передачи k_об, постоянная времени Т_об и время запаздывания τ_об.

Тип регулятора выбирают исходя из значений отношения τ_об/ Т_об :

Тип регулятора .......... Релейный Непрерывный Импульсный

(линейный) τ_об'Т_об <0,2 0,2—1 >1

Существует ряд методов расчета регуляторов (определение их настроек) на заданное качество регулирования, однако на практике, из множества возможных переходных процессов выбирают три типовых процесса: апериодический процесс с минимальным временем регулирования (а), колебательный процесс с перерегулированием 5 = 20% (б), колебательный процесс с минимизацией показателя колебательности m по критерию min ∫ y²d (рис.7.5).

Для выбора закона регулирования и расчета настроек регулятора необходимо знать:

1. параметры объекта регулирования к_об, T_o6,, τ_об ;

2) максимально возможное возмущение в системе со стороны регулируемого органа у_в , выраженное в процентах хода регулирующего органа. Другие возмущение выражаются в эквивалентном перемещении регулирующего органа, вызывающего такое же изменение регулируемой величины.

Рис.7.5

В зависимости от технологических требований выбирают тип переходного процесса и выбирают или задают показатели качества переходного процесса:

1) допустимое время регулирования t_р ^д;

2) допустимую статическую ошибку х^д_ст

3) допустимое динамическое отклонение

Затем рассчитывают динамический коэффициент регулирования: R_д= х^д₁ (y₂ к_об)

На монограммах с координатами т_об /Т_о6 и R_д находят точку, соответствующую определенному закону регулирования. Затем определяют параметры настроек регулятора в соответствии с таблицей 3.

Точка может принадлежать не одному, а нескольким законам регулирования.

Таблица 7.3 - Формулы определения настроек регуляторов на статических объектах

После этого производится проверка времени регулирования t_p и статической ошибки х_ст. Если они не удовлетворяют исходным требованиям, меняют закон регулирования или тип переходного процесса.