Автоматические регуляторы в системе управления. Выбор канал регулирования. Показатели качества регулирования
Автоматический регулятор – это устройство, которое воспринимает разность между текущими и заданными значениями регулируемой величины и преобразует ее в воздействие на исполнительные органы или регулирующий орган объекта регулирования в соответствии с заложенным в регулятор законом регулирования.
Основная задача систем регулирования заключается в стабилизации параметров процесса на установленном уровне в случае воздействия внешних возмущающих воздействий, которые действуют на объект управления. Еще одна важная задача заключается в обеспечении программного перехода на другие режимы работы. Пример структурной схемы одноконтурной системы автоматического регулирования представлена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Пример структурной схемы одноконтурной системы автоматического регулирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: АР - автоматический регулятор; УМ - усилитель мощности; ИМ - исполнительный механизм; РО - регулирующий орган; СОУ - объект управления; Д - датчик; НП - нормирующий преобразователь; ЗД - задатчик; ЭС - элемент сравнения; У3 - задающий сигнал; е - ошибка регулирования; Up - выходной сигнал регулятора; Uy - управляющее напряжение; h - перемещение регулирующего органа; Qr - расход энергии или вещества; F - возмущающее воздействие; Т - регулируемый параметр; Yос - сигнал обратной связи.
Одним и тем же выходным параметром объекта можно управлять по разным входным каналам. При выборе необходимого канала исходят из следующих соображений:
- из регулирующих воздействий выбирается такой поток энергии или вещества, минимальное значение которого вызывает максимальное изменение регулируемой величины - коэффициент усиления должен быть максимальным;
- диапазон максимального изменения управляющего сигнала должен быть достаточным для полной компенсации максимально вероятных возмущений, которые возникают в рассматриваемом процессе, то есть обеспечивать запас по мощности;
- выбранный канала должен обладать благоприятными динамическими свойствами.
К автоматическим системам регулирования предъявляются требования по устойчивости процессов регулирования и по всему диапазону нагрузок на объект регулирования, а также по обеспечению определенных качественных показателей автоматического регулирования, к которым относятся:
- Показатель колебательности.
- Ошибка регулирования.
- Перерегулирование.
- Время регулирования.
Методы настройки промышленных регуляторов
Параметры настройки регулятора выбираются таким образом, чтобы в замкнутой автоматизированной системе регулирования был обеспечен заданный запас устойчивости, в данном случае выбранный показатель качества регулирования должен быть не хуже требуемого. Так как в теории автоматического регулирования запас устойчивости оценивается по-разному и используются различные показатели качества регулирования, в инженерных расчетах применяются несколько методов настройки регуляторов. Самыми распространенными методами являются:
- Формульный метод определения настроек регулятора.
- Оптимальная настройка регулятора по номограммам.
- Расчет настроек регулятора по частотным характеристикам объекта регулирования.
- Расчет настроек регулятора по амплитудно-фазовой характеристике объекта регулирования.
- Экспериментальные методы настройки регулятора.
- Метод незатухающих колебаний.
- Метод затухающих колебаний.
При наладочных работах широко используются приближенные формулы, чтобы определить оптимальные параметры настройки регуляторов. Данный метод применяется для быстрой и приближенной оценки значений параметров настройки регулятора для трех видов типовых оптимальных процессов регулирования.
Номограмма – это графическое представление функции от нескольких переменных, которое позволяет при помощи геометрических операций исследовать функциональные зависимости без вычислений.
В отличии от формульного метода, метод расчета настроек регулятора по номограммам позволяет более точно определить настройки регулятора, потому что учитывает наличие нелинейной зависимости между параметрами настройки и величиной Т/т (Т-постоянная времени; т - запаздывание). Сейчас существует специальная аппаратура, при помощи которой можно определить амплитудно-фазовые характеристики объекта управления. Данная характеристика используется для расчет ПИ-регуляторов, где основным критерием является обеспечение заданных запасов устойчивости в системе. Для большинства промышленных объектов управления отсутствуют математические модели, которые описывают их динамические и статистические характеристики. Для экспериментального метода настройки регулятора не требуется знание математической модели объекта. В данном случае предполагается, что система смонтирована и может быть запущена, а также имеется возможность изменять настройки регулятора.
