Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

АХ + (1/7’_и) [ АХ с1х ± Т_п& (ДХ)/йх

Параметрами настройки ПИД-регуляторов служит статиче­ский коэффициент передачи К, время изодрома Т_я и время пред­варения Т_а.

Приставка предварения вырабатывает сигнал, который за­ставляет регулирующий орган перемещаться с некоторым вре­менным опережением, возрастающим с увеличением скорости изменения регулируемой величины. Предварение может осуще­ствляться с помощью подключенных на вход регулятора элемен­тов, измеряющих скорость изменения регулируемой величины или введением дополнительной обратной связи.

ПИД-регуляторы сочетают свойства всех рассмотренных выше регуляторов. Они удовлетворяют наиболее трудным условиям и требованиям регулирования.

4. ВЫБОР ТИПА РЕГУЛЯТОРОВ И ПАРАМЕТРОВ

ЕГО НАСТРОЙКИ

Применение регуляторов с различными характеристи­ками для одного и того же объекта приводят к разным резуль­татам. Поэтому тип регулятора необходимо выбирать с учетом свойств объектов.

При отсутствии сведений о динамических свойствах объекта регуляторы следует выбирать по аналогии с действующими объектами или на основании предположительных сведений о свой­ствах объекта.

Выбор регулятора обычно начинают с определения характера его действия: позиционный, импульсный и непрерывный.

Позиционные регуляторы применяют в объектах с малым за­паздыванием или постоянной нагрузкой. Они могут быть реко­мендованы для одноемкостных объектов без самовыравнивания.

Например, многие электрические нагревательные печи осна­щены двухпозиционными регуляторами температуры. Это объяс­няется их простотой при достаточной для многих процессов тер­мической обработки точности поддержания заданной темпера­туры нагрева. Точность регулирования температуры повышается при использовании трехпозиционных регуляторов. Однако двух- и трехпозиционное регулирование температуры малопригодно для газовых и мазутных печей, так как при полном выключении подачи топлива и воздуха в рабочем пространстве будут наблю­даться резкое падение давления и подсос холодного воздуха. Позиционные регуляторы могут быть использованы для регулиро­вания давления в объектах с большой емкостью и малым запазды­ванием.

Импульсные регуляторы применяют в объектах без большого запаздывания, обладающих средней емкостью при постоянной или плавно меняющейся нагрузке.

П-регуляторы рекомендуются для регулирования объектов, допускающих некоторые отклонения регулируемой величины от заданного значения. При этом нагрузка объектов не должна иметь резких колебаний, но может изменяться плавно. П-регуляторы большей частью используются для одноемкостных объектов.

И-регуляторы можно применять только при регулировании объектов с большой степенью самовыравнивания, иначе система может оказаться неустойчивой. Они используются с различной емкостью, с небольшим запаздыванием и при плавных измене­ниях нагрузки.

ПИ-регуляторы рекомендуются для регулирования процессов в самых разнообразных объектах, т. е. в объектах с любой ем­костью, с большим запаздыванием и с большими, но медленно изменяющимися нагрузками. Например, их широко используют для регулирования температуры в топливных печах, а также для регулирования расхода газа или жидкости. Поскольку ПИ- регуляторы обладают достаточным быстродействием и способны выводить регулируемую величину на заданное значение, их применяют чаще других.

ПД-регуляторы используются в объектах со средней емкостью, при большом времени запаздывания и при малых изменениях нагрузки.

ПИД-регуляторы применяются в объектах с любой емкостью, с большим запаздыванием и при больших и резких изменениях нагрузки, т. е. в тех случаях, когда П- и ПИ-регуляторы не могут справиться с обеспечением требуемого Качества регулирования.

Рассмотренные рекомендации выбора регуляторов носят об­щий характер. Более точный выбор регулятора возможен лишь с учетом основных свойств объекта регулирования. Поэтому для действующих объектов при наличии кривых разгона или для проектируемых объектов, кривые разгона для которых сняты с действующих аналогов, выбор регуляторов производится на основании определенных расчетов.

Регулятор для объекта регулирования с известными основными свойствами выбирают следующим образом.

1. Должны быть известны или определены по кривой разгона основные параметры объекта: время полного запаздывания т_п, постоянная времени объекта Т, степень самовыравнивания р и максимальное возмущение р>.

2. Характер действия регулятора определяется с помощью основного характеристического соотношения, т. е. отношения времени полного запаздывания т„ к постоянной времени объекта Т. Если т_П/Т < 0,2, то можно применять позиционный импульсный регулятор; если т_п/Т > 0,2, то следует выбрать регулятор не­прерывного действия. Далее все расчеты проводятся для регу­лятора непрерывного действия.

3. Задаются оптимальным характером типового переходного процесса. Рекомендуется задавать апериодический процесс, когда требуется исключить влияние регулирующего воздействия данной системы на другие регулируемые величины сложного объекта

Рис. 131. Показатели различных типов регуляторов при 20 %-иом перерегу­лировании:

1 — И-регулятор; 2 — П-регулятор; 3 — ПИ-регулятор; 4 — ПИД-регулятор

Рис. 132. Влияние характеристическо­го отношения на остаточное отклоне­ние:

1 — апериодический процесс; 2 — 20 %- ное перерегулирование

Таблица 17

регулирования. Колебательный переходный процесс приме­няется в тех случаях, когда технологический процесс объекта допускает перерегулирование контролируемой величины.

4. Исходя из производственных условий, задаются допусти­мым динамическим отклонением регулируемой величины и допустимым остаточным ее отклонением Х_ост по окончании пере­ходного процесса.

5. Вычисляют динамический коэффициент регулирования /?_д, который характеризует степень воздействия регулятора на по­тенциальное отклонение регулируемой величины (при отсутствии регулятора):

я« = Ххдад = Щ - х₀),

где К₀<5 — (Х_к — Х₀)/ц — коэффициент передачи объекта; Х_к и Х₀ — конечное и данное значения регулируемой величины; (А — максимальное возмущающее воздействие в % от хода регу­лирующего органа.

6. По кривым, приведенным на рис. 131, выбирают тип регу­лятора непрерывного действия.

7. Для выбранного типа регулятора по кривым (рис. 132) определяют остаточное отклонение 6' в процентах, а затем рас­считывают АХ_0СТ в единицах регулируемой величины по формуле

АХ_0СТ = 6'/(_оСц

и сравнивают его с допустимым значением. Если Х_ост превышает допустимое значение, то следует выбрать другой тип регуля­тора.

Формулы для определения параметров настройки регуляторов

Примечание. В этих формулах — коэффициент передачи регулитора; Т_в — время изодрома; Т_п — время предварения.

Выбрав соответствующий тип регулятора, который обеспечи­вает его успешную работу в системе автоматического регулирова­ния, приступают к определению оптимальных значений пара­метров настройки регулятора. Для регуляторов П- и И-типа параметром настройки является только коэффициент передачи регулятора К_р, для ПИ-регулятора в качестве второго параметра добавляется время изодрома Т_и; для ПИД-регулятора учиты­вается еще третий параметр — время предварения Т_а.

Определение оптимальных значений параметров настройки регуляторов возможно несколькими методами: с помощью расчета по приближенным формулам, по графическим зависимостям и путем организованного поиска.

Рассчитать оптимальные значения параметров настройки воз­можно, если известны конкретные величины свойств объектов регулирования: постоянная времени объекта Т, время запазды­вания т_п и коэффициент передачи объекта К₀ц.

Для различных типов регуляторов формулы расчета приве­дены в табл. 17.

Для определения значений параметров настройки с помощью графиков необходимо знать свойства объекта: постоянную вре­мени объекта Т, время полного запаздывания т_п и коэффициент передачи объекта /С_об.

Графики строят в логарифмических координатах. По осям абсцисс откладывают характеристическое отношение х_а/Т, По осям ординат — значения настройки параметров регуляторов.

В методе организованного поиска оптимальная настройка па­раметров определяется путем экспериментального исследования систем автоматического регулирования, состоящей из объекта регулирования и выбранного регулятора.

Контрольные вопросы а задания

1. Какое устройство называется регулятором?

2. По каким признакам можно классифицировать регуляторы?

3. Как работают позиционные регуляторы?

4. Какие вы знаете регуляторы непрерывного действия?

5. Как работают П- и И-регуляторы?

6. Как работают ПИ- и ПИД-регуляторы?

7. Что такое закон регулирования?

8. Изложите общие рекомендации по выбору регуляторов различных типов.

9. Какие параметры настройки используются для регуляторов непрерыв­ного действия?

10. Изложите общие принципы определения оптимальных настроен регуля­торов непрерывного действия.