9. Реакция регулятора на единичное ступенчатое воздействие

дной из динамических характеристик обьекта управления является его переходная характеристика -реакция обьекта на единичное ступенчатое воздействие (см. Динамические характеристики), например, изменение заданной точки регулятора.

В данном разделе приведены переходные процессы системы управления при единичном ступенчатом изменении заданной точки при использовании регуляторов с различным законом регулирования.

Если на вход регулятора подается скачкообразная функция изменения заданной точки - см. рис. 5, то на выходе регулятора возникает реакция на единичное ступенчатое воздействие в соответствии с характеристикой регулятора в функции времени.

П-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

Параметрами П-регулятора являются коэффициент усиления Кр и рабочая точка Y₀. Рабочая точка Y₀определяется как значение выходного сигнала, при котором рассогласование регулируемой величины равно нулю. При влиянии возмущающих воздействий возникает, в зависимости от Y₀, отклонение регулирования.

Рисунок 6 - П-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие

ПИ-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

Вотличие от П-регулятора у ПИ-регулятора, благодаря интегральной составляющей, исключается отклонение регулирования.

Параметром интегральной составляющей является время интегрирования Ти.

Рисунок 7 - ПИ-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие

ПД-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

УПД-регуляторов пропорциональная составляющая накладывается на затухающую дифференциальную составляющую.

Д-составляющая определяется через усиление упреждения Уд и время дифференцирования Тд.

Рисунок 8 - ПД-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие

ПИД-регулятор, реакция на единичное ступенчатое воздействие

Благодаря дополнительному подключению Д-составляющей ПИД-регулятор достигает улучшениядинамического качества регулирования.

См. ПИ-регулятор, ПД-регулятор.

Рисунок 9 - ПИД-регулятор. Реакция на единичное ступенчатое воздействие

10. Настройка пид-регулятора

Настройка ПИД-регулятора начинается с получения переходной характеристики объекта управления.

В простейшем случае параметры объекта определяют по переходной характеристике, выведенной из разгонной характеристики при входном единичном ступенчатом тестовом сигнале.

Настройку ПИД-регулятора осуществим в MatLab Simulink. Параметры объекта возьмем из предыдущей статьи:

Для настройки ПИД-регулятора воспользуемся следующими методами. Так называемыйинженерный метод предполагает приближенный расчет регулятора с последующим варьированием параметров для получения «оптимального» процесса.  Таблица расчета инженерных коефициентов ПИД-регулятора приведена ниже:

Стоит обратить внимание на то, что инженерных методов (как и методик) настройки ПИД-реуляторов существует огромное множество. Данные три метода являются наиболее типовыми и самыми распространенными для ПИД-регулятора.

Зачастую на практике для реализации систем управления в промышленности  используют ПИ-регуляторы. ПИ-регулятор имеет свои преимущества:

Отличные динамические характеристики системы

Помехозащищенность (за счет отсутствия Д-части)

Простота ручной подстройки (с учетом запаса устойчивости)

В данном примере будет рассмотрена настройка ПИ-регулятора. Процедура та же, что и для ПИД-регулятора. Инженерные настройки приведены ниже:

Рассчитаем параметры регулятора для нашей системы:

Теперь можно собрать систему в MatLab. Рассмотрим структурную схему одноконтурной САР с ПИ-регулятором: