Вопрос 11. Классификация регуляторов их выбор

Автоматические регуляторы

Устройство, которое воспринимает разность между текущим и заданным значениями регулируемой величины, преобразует её в перемещение рабочего органа в соответствии с заложенным в регулятор законом регулирования, называется автоматическим регулятором.

Основной классификационный признак автоматических регуляторов – закон регулирования. В соответствии с эти признаком основные типы регуляторов – позиционные и непрерывного действия. Последние, в свою очередь, делятся на пропорциональные; интегральные; пропорционально-интегральные; пропорционально-дифференциальные и пропорционально-интегрально-дифференциальные.

Пропорциональным (П-регулятором) называется регулятор у которого перемещение рабочего органа пропорционально ошибке регулирования.

Основным достоинством П-регуляторов является их относительная простота, отсутствие корректирующих устройств. Однако точность работы этих регуляторов невысока, т. е. реализация пропорционального закона регулирования приводит к появлению статической ошибки. Поэтому П-регуляторы иногда называются статическими.

Параметром настройки для П-регулятора является коэффициент усиления k _p. Величина обратная статическому коэффициенту передачи регулятора 1/k_p, называется коэффициентом неравномерности, а величина (1/ k _p)×100 -степенью неравномерности, или диапазоном дросселирования D.

Интегральным, или астатическим, называется регулятор, у которого при отклонении регулируемого параметра от заданного значения регулирующий орган будет перемещаться до тех пор, пока регулируемый параметр не достигнет заданного значения.

В динамическом отношении И-регулятор представляет собой интегрирующее звено.

И-закон регулирования в регуляторах получается тогда, когда структурная схема составлена из последовательно включенных усилительного и интегрирующего звеньев.

Если в состав регулятора входят и другие звенья, то последние должны быть охвачены глубокой отрицательной обратной связью. В качестве интегрирующего звена может быть какой-либо интегрирующий привод (гидравлический сервопривод, электродвигатель постоянного тока и др.).

Параметром настройки для И-регулятора является постоянная времени интегрирования Т _и.

Пропорционально-интегральным (ПИ-регулятором) называется регулятор, который перемещает рабочий орган на величину, пропорциональную сумме отклонения и интеграла отклонения регулируемой величины.

Пропорционально-интегральный регулятор в динамическом отношении эквивалентен пропорциональному с коэффициентом передачи k_p и И-регулятору с коэффициентом передачи 1/Т_и, соединенным параллельно.

Параметрами настройки ПИ-регулятора являются коэффициент передачи k _p и постоянная времени Т _и.

Пропорционально-дифференциальным (ПД-регулятором) называется регулятор, который перемещает рабочий орган пропорционально отклонению и скорости отклонения регулируемой величины.

Параметрами настройки ПД-регулятора являются коэффициент передачи k _p и время предварения Т _п (время дифференцирования). Регуляторы ПД выполняются обычно непрямого действия.

Предварение у ПД-регуляторов бывает прямое и обратное. Прямое предварение проявляется во временном увеличении коэффициента передачи, а обратное — в уменьшении его.

ПД-регуляторы уменьшают колебания и ускоряют затухание переходного процесса.

Пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы перемещают рабочий орган пропорционально отклонению, интегралу и скорости отклонения регулируемой величины.

Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы применяются на объектах регулирования, не допускающих статической неравномерности, у которых нагрузка меняется часто и резко и имеется запаздывание. ПИД-регулятор имеет три параметра настройки: k _р, T _и, Т _п.

Автоматические регуляторы так же, как и системы автоматического регулирования, классифицируются по различным признакам.

Позиционными называются АР, у которых регулирующее воз­действие принимает только ограниченное число определенных значений. Регулирующий орган в такой АСР может занимать соответствующее число определенных положений (позиций), причем его перемещение из одного положения в другое происхо­дит практически мгновенно. Позиционные АР делятся на не­сколько разновидностей в зависимости от числа возможных положений РО. Рассмотрим основные их свойства на примере наибо­лее простых и распространенных двухпозиционных АР.

Как показывает название, регулирующий орган двухпозиционного регулятора может занимать только два положения. Если отклонение регулируемой величины превышает значение у_тах, соответствующее верхней настройке АР, то РО переключается в положение, при котором регулирующее воздействие на объект минимально (х_тin). Автоматический регулятор настраивается так, чтобы при переключении РО регулирующее воздействие заведомо превышало действие возмущения. В результате отклонение регулируемой величины начинает уменьшаться, однако РО остается в том же положении, пока отклонение регулируемой величины не достигнет нижнего значения настройки АР (у_тin). В этот момент РО переключается в положение, при котором регулирующее воздействие на объект увеличивается до максимального (х_мах). В результате преобладающего действия возмущения отклонение регулируемой величины вновь начнет возрастать. Таким образом, в АСР с двухпозиционным АР регулируемая величина совершает незатухающие колебания, так называемые автоколебания. Качество такого переходного процесса оценивается периодом автоколебаний Т_а и их амплитудой y_а. На рис. б изображен переходный процесс в АСР, состоящей из двухпозиционного АР и статического объекта с запаздыванием. Амплитуда у_а и период колебаний Т_а такогопроцесса увеличиваются с ростом инерционности и запаздывания объекта и при повышении диапазона настройки регулятора y_мax - y_min.

По роду используемой для привода энергии регуляторы бывают электрические, гидравлические, пневматические и сочетающие их модификации.

Достоинства электрических регуляторов: широкие возможности по усилению, преобразованию, управление на больших расстояниях, возможность применения стандартных электро- и радиоэлементов. Недостатки: сложность исполнительных элементов, небольшой крутящий момент, развиваемый исполнительным элементом, особенно при малых скоростях, невысокая безопасность, особенно в помещениях с агрессивной средой и др.

Преимуществом гидравлических регуляторов являются высокая надежность работы, хорошие динамические свойства исполнительных механизмов, значительные выходные усилия и моменты, высокое быстродействие. В случае применения минеральных масел взрывобезопасны.

Достоинства пневматических регуляторов: взрывобезопасность, отсутствие сливных трубопроводов, высокое быстродействие, значительные усилия и моменты исполнительных механизмов и т. п. Недостаток — сжимаемость воздуха и значительная инерционность (по отношению к гидравлическим).

В зависимости от характера и числа регулируемых величин, принципа регулирования, источников энергии различают регуляторы давления, скорости вращения, напряжения, температуры и т. п.; работающие по отклонению (ошибке), по возмущению и комбинированные; прямого и непрямого действия; одномерные и многомерные.