1. Общие сведения

Применяемые в настоящее время в металлургическом производстве автоматические регуляторы, как правило, относятся к устройствам непрерывного действия. Это значит, что между входными и выходными параметрами регулятора существует непрерывная функциональная связь.

Входным параметром регулятора является сигнал рассогласования между заданным и действительным значением регулируемого параметра. Обычно сигнал рассогласования называют сигналом ошибки регулирования.

Выходной величиной регулирующего устройства являются командные импульсы, управляющие работой исполнительного механизма (ИМ), перемещающего регулирующий орган (РО). Поэтому наиболее удобно выходную величину регулятора оценивать в процентах хода вала ИМ.

Между входной и выходной величинами регулятора существует определенная функциональная связь во времени. Эта функциональная связь называется законом регулирования. Формирование закона регулирования в регуляторах разных конструкций осуществляется различными способами:

1) закон регулирования вырабатывается непосредственно в канале регулирования;

2) закон регулирования формируется с помощью введения различных обратных связей (ОС).

Качество работы регулятора при выбранном законе регулирования зависит от значений параметров динамической настройки регулятора, входящих в виде постоянных коэффициентов в уравнения и определяющие закон регулирования.

Схематическое решение каждого промышленного регулятора позволяет изменять значения этих коэффициентов в широких пределах.

Величины динамических параметров настройки регулятора должны соответствовать динамическим параметрам объекта. Правильный выбор коэффициентов настройки регулятора является главной задачей технологической наладки контура регулирования на реальном производственном объекте. Серийные регулирующие системы непрерывного действия в соответствии с используемыми в них законами регулирования можно разделить на четыре типа.

2. Типовые законы регулирования

2.1 Интегральные регуляторы (И-регуляторы)

Эти регуляторы реализуют интегральный И-закон регулирования и иногда называются астатическими. Зависимость между входной и выходной величинами И-регулятора имеет вид:

(20)

где х – отклонение регулируемой величины от задания (ед. измерения регулируемого параметра); y – угол поворота вала ИМ или РО (% хода).

Отличительная особенность интегрального регулятора: скорость перемещения вала ИМ пропорциональна отклонению регулируемого параметра от задания.

Динамическим параметром настройки И-регулятора является коэффициент передачи К_И. Этот коэффициент численно равен величине скорости перемещения РО (вала ИМ), приходящейся на единицу отклонения регулируемого параметра от задания:

(21)

Наиболее полно интегральному типу регуляторов соответствуют гидравлические регуляторы со струйной трубкой.

2.2 Пропорциональные регуляторы (П-регуляторы)

П-регуляторы реализуют пропорциональный закон регулирования в соответствии с выражением:

(22)

Отличительной особенностью П-регулятора является пропорциональность угла поворота вала ИМ величине отклонения регулируемого параметра от задания.

Регулятор характеризуется наличием жесткой ОС по положению вала ИМ. Для реализации этой обратной связи в ИМ дополнительно встраивается датчик контроля положения выходного вала ИМ.

Пропорциональный регулятор имеет один параметр динамической настройки – коэффициент передачи К_Р. Последний численно равен углу поворота вала ИМ, приходящегося на единицу отклонения регулируемого параметра от задания:

(23)

В системах промышленного типа в чистом виде П-регулятор используется редко, так как обеспечивает быстрое, но не всегда точное регулирование.

2.3 Пропорционально-интегральные регуляторы (ПИ-регуляторы)

Иногда ПИ-регуляторы называются изодромными регуляторами с гибкой обратной связью. Гибкая ОС действует только в период переходного режима. Эти регуляторы сочетают свойства И- и П-регулятора и технически представляют собой параллельное соединение И- и П-регулятора.

Зависимость между входной и выходной величинами ПИ-регулятора определяется выражением:

(24)

Т_И – время изодрома – время, за которое угол поворота ИМ под действием пропорциональной части удваивается интегральной. Время изодрома Т_ИЗ численно характеризует среднюю скорость ИМ под действием интегральной части регулятора.

Благодаря наличию гибкой ОС ПИ-регулятор работает быстрее интегрального и точнее пропорционального регулятора.

2.4. Пропорционально-интегральные регуляторы с предварением (ПИД-регуляторы)

Наиболее эффективно используются на технологических объектах, подверженных воздействию длительных монотонных возмущений ПИД-регуляторы. Реализуя ПИД-закон управления, при формировании управляющего сигнала, регулятор учитывает не только величину, но и скорость изменения отклонения. Зависимость между входной и выходной величинами ПИД-ргулятора имеет вид:

(25)

Т_П – время предварения, параметр настройки дифференциальной части регулятора. Физически Т_П – время, в течение которого угол поворота вала ИМ, под действием дифференцирующей части, удваивается пропорциональной.

Данный регулятор имеет три параметра динамической настройки: К_Р, Т_ИЗ, Т_П. Наличие дифференциальной части в ПИД-регуляторе позволяет повысить качество регулирования. В данном случае регулятор работает с опережением (предварением), обеспечивая дополнительное перемещение РО на величину, компенсирующую скорость изменения отклонения параметра от задания.

Для формирования воздействия по производной от изменения регулируемого параметра необходимо наличие на входе регулятора дифференцирующего блока.