Регуляторы непрерывного действия

1. Системы регулирования непрерывного действия и законы регулирования

В САР непрерывного действия применяют регуляторы, у которых при
получении сигнала об отклонении регулируемой величины
регулирующий орган перемещается плавно и непрерывно до момента
установления заданного значения регулируемой величины с
определенной степенью точности, обусловленной видом регулятора.
Основной характеристикой регуляторов непрерывного действия
является функциональная зависимость между отклонением
регулируемой величины и перемещением регулирующего органа. Эта
зависимость называется законом регулирования, по которому
различают основные виды регуляторов.
График отклонения регулируемой величины х на временном
интервале 1 .

2. Регулятор пропорционального (статического) регулирования (П-регулятор)

Перемещение регулируемого органа прямо
пропорционально величине отклонения
регулируемого параметра от заданного
значения. Пропорциональные регуляторы
дают хорошее затухание переходного
процесса, но не могут работать без
остаточного отклонения регулируемого
параметра от заданного значения.
u = kp х
где u — регулирующее воздействие
регулятора; kp — коэффициент передачи
(или коэффициент усиления) регулятора;
х — отклонение регулируемой величины
от заданного значения.

3. Регулятор пропорционального (статического) регулирования (П-регулятор)

Значение коэффициента усиления равно перемещению
регулирующего органа регулятора при отклонении
регулируемой величины на единицу ее измерения.
Коэффициент кр является параметром настройки Прегулятора. Величину, обратную коэффициенту
усиления регулятора, т. е. 1/кр, называют статизмом
регулятора, а величину С = (1/кр) *100 — пределом
пропорциональности, или степенью неравномерности.
Значение предела пропорциональности определяют
как участок шкалы измерительного прибора,
выраженный в процентах длины всей шкалы, в
границах которого изменение регулируемой величины
вызывает перемещение регулирующего органа из
одного крайнего положения в другое.
Достоинством П-регулятора является малое время
переходного процесса регулирования, т.е.
быстродействие, недостатком — наличие статической
ошибки.

4. Регулятор интегрального (астатического) регулирования (И-регулятор)

Обеспечивает перемещение регулируемого
органа пропорционально интегралу во
время отклонения регулирования
параметра.
u 1 / Tè xd èëè Tè (dm / dt ) Dx
0
где Ти — постоянная времени регулятора,
равная продолжительности перемещения
регулирующего органа из одного крайнего
положения в другое при максимальном
отклонении регулируемой величины, с;
1 /Ти — скорость перемещение
регулирующего органа, пропорциональная
степени отклонения регулируемой
величины, с-1.

5. Регулятор интегрального (астатического) регулирования (И-регулятор)

Регулирующее воздействие И-регулятора продолжается до тех пор, пока
отклонение регулируемой величины от заданного значения сведется к
нулю, т.е. в конце переходного процесса регулирования величина
достигает заданного значения.
В момент отключения регулирующий орган может занимать любое
положение в пределах своего рабочего хода.
Параметром настройки И-регулятора является скорость перемещения
регулирующего органа 1 /Ти.
Достоинство И-регулятора заключается в отсутствии остаточного
отклонения регулируемой величины в конце регулирования, меньший
запас устойчивости, чем у П – регулятора, недостаток — относительно
малая скорость (длительность) процесса, в связи с этим рекомендуется
применять И-регуляторы в объектах с большим самовыравниванием при
плавных изменениях нагрузки.
И – регуляторы довольно широко применяют в металлургии.

6. Регулятор пропорционально-интегрального (изодромного) регулирования (ПИ-регулятор)

u k p x 1 / Tè xd
0
Это регулятор, у которого
регулирующее воздействие
пропорционально отклонению
регулируемой величины от
заданного значения и
интегралу по времени от этого
отклонения, т.е. регулятор
представляет собой сочетание
двух регулирующих устройств,
предыдущих типов. Здесь в
определенной степени
уменьшаются недостатки П- и
И – регуляторов.
где Ти — продолжительность действия интегральной составляющей
регулятора — продолжительность изодромы, с.

7. Регулятор пропорционально-интегрального (изодромного) регулирования (ПИ-регулятор)

Регулирующее воздействие ПИ-регулятора характерно тем, что в
первоначальный момент введения его при отклонении регулируемой
величины от заданного значения, большое воздействие, снижающее
величину отклонения за малый отрезок времени, оказывает
пропорциональная составляющая. В последующем большее влияние на
процесс регулирования оказывает интегральная составляющая, что
обеспечивает исключение статической ошибки в конце процесса
регулирования.
Степень введения пропорциональной или интегральной составляющей в
ПИ-регулятор определяется соответственно величинами кр и Ти, которые
служат параметрами настройки регулятора.
Достоинство ПИ-регулятора заключается в том, что он поддерживает
заданное значение регулируемой величины при возмущениях в объекте и
не имеет остаточного отклонения в конце переходного процесса
регулирования.
ПИ – регуляторы получили наибольшее распространение в металлургии,
так как они удовлетворяют повышенным требованиям к качеству
регулирования и могут быть использованы для большинства
металлургических объектов.

8. Регулятор пропорционально–интегрально–дифференциального (изодромного с предварением) регулирования (ПИД-регулятор)

Регулятор пропорционально–интегрально–
дифференциального (изодромного с предварением)
регулирования (ПИД-регулятор)
u k p x 1 / Tè xd Tä d ( x) / d
0
Это регулятор, у которого
регулирующее воздействие
пропорционально отклонению
регулируемой величины от задания,
интегралу и скорости этого
отклонения. Дополнительно к ПИ –
принципу вводится зависимость
регулирующего воздействия от
скорости изменения регулируемого
параметра, т.е. от первой его
производной. Этим обеспечивается
опережение перемещения
регулируемого органа и ускорение
процесса регулирования.
ТД - постоянная времени дифференцирования. Параметрами настройки
ПИД-регулятора являются параметры кр, Ти, ТД.

9. Регуляторы непрерывного действия

Из всех рассмотренных автоматических регуляторов ПИД-регулятор
наиболее сложный как по принципу действия, так по устройству и
наладке, в связи с этим он применяется редко. Высокое качество
регулирования позволяет применять ПИД–регуляторы для весьма
сложных технологических процессов, их целесообразно применять на
инерционных объектах с большим запаздыванием и жесткими
технологическими требованиями к процессу регулирования. Ирегулятор практического применения не имеет, а входит как
составляющий в структуру сложных ПИ- и ПИД-регуляторов.