Выбор регуляторов

1. Выбор автоматического регулятора и расчет параметров его настройки САР

В зависимости от задающего воздействия и параметров объекта
регулирования подбирают регулятор с определенной характеристикой,
изменение которой обеспечивает необходимое качество
регулирования. В промышленных регуляторах эти величины
называются параметрами настройки. Параметрами настройки
являются: коэффициент усиления, зона нечувствительности,
постоянная времени интегрирования, постоянная времени
дифференцирования и т. д. Для изменения параметров настройки в
регуляторах имеются органы настройки (управления). Кроме органов
настройки основных параметров, регуляторы имеют также органы
настройки, косвенно влияющие на эти коэффициенты или режимы его
работы, например, органы настройки, изменяющие чувствительность
регулятора, демпфирование входного сигнала и др.

2. Выбор автоматического регулятора и расчет параметров его настройки САР

Под выбором автоматического регулятора понимается определение
закона регулирования. Расчет параметров настройки регулятора
заключается в определении коэффициентов уравнения регулятора, что
обеспечивает переходный процесс с показателями качества
регулирования, соответствующими заданным технологическим
требованиям.
Выбор позиционного или непрерывного закона регулирования типа П,
И, ПИ можно осуществить расчетным или графоаналитическим
способом, если известны основные характеристики регулируемого
объекта и требования к системе регулирования.
Для оценки автоматических систем с разными регуляторами
необходимо сравнивать показатели качества регулирования при
работе системы в режимах типовых переходных процессов, принятых
за оптимальные. В этом случае можно целенаправленно выбирать
автоматический регулятор и рассчитывать параметры его оптимальных
настроек.

3. Оптимальные переходные процессы автоматического регулирования

Граничный апериодический процесс
регулирования (кривая 1) — процесс с
минимальным временем регулирования Тр1,
отсутствием перерегулирования и
минимальным регулирующим воздействием.
Регулирование с 20%-ным
перерегулированием х’2/ х2 = 0,2 —
колебательный затухающий переходный
процесс с наибольшим отклонением
регулируемой величины в первом
полупериоде, длительность которого Тр2
минимальна (кривая 2).
Регулирование с минимальной квадратичной площадью отклонения
регулируемой величины min x 2 d характеризуется
0
наименьшим отклонением регулируемой величины х3, наибольшим
регулирующим воздействием и наибольшим временем регулирования Тр3
(кривая 3). Перерегулирование в данном переходном процессе может
достигать 40... 45 %.

4. Графоаналитический метод выбора регулятора и параметров его оптимальных настроек

Исходными данными для расчетов являются свойства объекта
регулирования: продолжительность запаздывания 3, постоянная времени
Тоб, коэффициент усиления объекта коб, максимально возможные
возмущения в объекте Q, максимальное динамическое отклонение
регулируемой величины х, допускаемое остаточное отклонение ,
предельно допустимая продолжительность регулирования Тр. По этим
данным рассчитывают отношение 3/Тоб и динамический коэффициент RД,
который показывает степень воздействия регулятора на объект, равный
отношению максимального отклонения регулируемой величины от задания в
процессе регулирования, вызванного однократным скачкообразным
возмущением, к отклонению регулируемой величины в объекте без
регулятора при том же возмущении, т. е. RД = хвых max /коб Q.
По отношению 3/Тоб определяют тип регулятора, так при 3/Тоб < 1
выбирают регулятор непрерывного действия, при 3/Тоб < 0,2 выбирают
регулятор прерывистого, позиционного действия.

5. Методика выбора типа регулятора непрерывного действия (закона регулирования)

Графики зависимости коэффициента RД от 3/Тоб для оптимальных процессов
регулирования (апериодический, с 20%-ным перерегулированием, с
минимальной площадью отклонения регулируемой величины)

6. Допускаемая продолжительность регулирования при данном переходном процессе

Графики зависимости относительной продолжительности регулирования
Тр/ 3 от 3/Тоб (апериодический, с 20%-ным перерегулированием, с
минимальной площадью отклонения регулируемой величины)
Если продолжительность регулирования,
определенная по указанным графикам, больше
допускаемой технологическими требованиями, то
необходимо изменить вид типового переходного
процесса или использовать другой закон
регулирования и снова произвести проверку. Если
продолжительность регулирования получена меньше
допустимой, то закон регулирования и типовой
переходный процесс выбраны правильно.

7. Колебательный расходящийся процесс

Для приближенных расчетов продолжительность регулирования
обычно принимают Тр = 4Тоб. Если выбран П-регулятор, необходимо
проверить величину остаточного отклонения регулируемой величины
от заданного значения, которую рассчитывают по формуле
= [Коб/(1 + Кс)]/ Q;
Кс = кобкр,
где Коб — коэффициент усиления объекта; кс — коэффициент
передачи системы автоматического регулирования; кр —
коэффициент регулирования регулятора.
Если рассчитанное остаточное отклонение превышает допустимое
значение, то П-регулятор необходимо заменить на ПИ- или ПИДрегулятор.
Значение параметров настроек регуляторов непрерывного действия
определяют расчетным путем по специальным методикам или
приближенно по формулам, приведенным в таблице.

8. Расчетные формулы параметров настроек регуляторов непрерывного действия

Процесс
Регулятор
min x 2 d
граничный
апериодический
с 20%-ным
перерегулированием
И
kp = 1/4,5kобT
kp = 1/1,7kобTоб
kp = 1/1,7kоб
П
kp = 0,3/kоб( /T)
kp = 0,7/kоб( /T)
kp = 0,9/kоб( /T)
kp = 0,6/kоб( /T)
kp = 0,7/kоб( /T)
kp = 1/kоб( /T)
Ти = 0,8 + 0,5Т
Ти = + 0,3Т
Ти = + 0,35Т
ПИ
ПИД
0
kp = 0,95/kоб( /T) kp = 1,2/kоб( /T)
kp = 1,4/kоб( /T)
Ти = 2,4
Ти = 2
Ти = 1,3
Тд = 0,4
Тд = 0,4
Тд = 0,5