2.1 Классификация регуляторов

Пропорциональный (П-регулятор) с одним параметром настройки. Его ПФ совпадает с ПФ пропорционального типового динамического звена:

где К – коэффициент усиления.

Коэффициенты, входящие в ПФ регуляторов, называются их параметры настройки. В конструкциях П-регуляторов коэффициент может изменяться в диапазоне от 0,1 до 40.

Интегральный (астатический), или И-регулятор с одним параметром настройки. Его ПФ совпадает с ПФ астатического (интегрирующего) ТДЗ:

где Т_и – время интегрирования.

В некоторых конструкциях И-регулятора параметр настройки Т_и может изменяться в диапазоне от 1 до 2000с.

Пропорционально-интегральный, или ПИ-регулятор с двумя параметрами настройки. Это один из наиболее часто используемых в промышленных САУ типов регуляторов. Его ПФ следующая:

Параметрами настройки регуляторов этого типа являются коэффициент усиления К и время интегрирования Т_и. ПФ включает в себя сумму его пропорциональной и интегральной составляющих, что соотвествует параллельно-согласованному соединению элементов, заложенному в структуре ПИ-регулятора. Следовательно, в случае отказа интегральной составляющей Пи-регулятор будет работать как П-регулятор, что повышает надежность его работы.

Пропорционально-дифференциальный или ПД-регулятор с двумя

параметрами настройки. Его ПФ имеет вид

где Т_д – время дифференцирования.

В некоторых конструкциях ПД-регулятора параметр настройки Т_д изменяется в диапазоне от 1 до 200 с.

т.е. этот регулятор имеет три параметра настройки: К – коэффициент усиления, Т_и – время интегрирования, Т_д – время дифференцирования.

Рисунок 2.2 - Регулирование параметров объекта в системах с регуляторами различного типа.

Выбор типа регулятора или закона регулирования – трудная задача. Существуют ряд диаграмм и эмпирических формул, позволяющих по передаточной функции объекта определить необходимый тип регулятора и его оптимальные параметры настройки. Однако, на практике часто используются метод перебора: поочередно выбирают регулятор, проверяют на устойчивость и качество работы, и если полученные результаты неудовлетворительные, берут более сложный регулятор. Применение различных типов регуляторов проиллюстрировано на рисунке 2.3. Статический объект обладает свойством самовыравнивания, поэтому его регулируемый параметр без регулятора с течением времени по экспоненте приходит к постоянному значению. В САУ с П-регулятором имеется статическая ошибка, а в САУ с ПИД-регулятором (самым сложным и дорогим) – минимальные динамическая ошибка и время регулирования.

В реальных промышленных САУ соединение элементов между собой может быть довольно сложным. Однако любую сложную схему можно разбить на отдельные блоки с одним из трех типовых соединений: последовательным, параллельно-согласованным или параллельно-встречным.

2.2 Последовательное соединение звеньев

Схема последовательного соединения звеньев представлена на рис.4.4. Выходной сигнал каждого из звеньев в последовательной цепи можно выразить через его ПФ:

х₁ = W₁(p)x_вх(р);

х₂ =W₂ (p)x₁(p);

х_вых(р) = х₃(р) = W₃(р)х₂(р).

Рисунок 2.3 - Схема с последовательным соединением звеньев

Последовательно подставляя в последнее уравнение выражение входных сигналов, получим

У(р) = W₃(p)W₂(p)W₁(p)Х(р),

т.е. ПФ цепи последовательно соединенных звеньев будет иметь вид

W(p) = W₁(p)W₂(p)W₃(p). (2.1)