3. Автоматические регуляторы

Автоматический регулятор – устройство, воспринимающее разность между текущим и заданным значениями регулируемой величины и преобразующее ее в воздействие на РО в соответствии с заложенным в регулятор законом регулирования.

Напомним, что элементы типового регулятора – это измерительный преобразователь, задатчик, усилитель и собственно регулирующее устройство, которое вырабатывает сигнал рассогласования текущего и заданного значения регулируемой величины, усиливает его и корректирует в соответствии с законом регулирования, вырабатывая сигнал регулирующего воздействия.

Большинство систем автоматического регулирования включает также ИМ, преобразующий командный сигнал от регулятора в соответствующее воздействие на РО.

Основные типы регуляторов – позиционные и непрерывного действия. Последние, в свою очередь, делят на пропорциональные (П), пропорционально-интегральные (ПИ) и пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы (табл.III.6).

Пропорциональный (п) регулятор

Он перемещает РО на значение х, пропорциональное отклонению регулируемой величины у от заданного значения.

Дифференциальное уравнение регулятора (р означает запись в операторной форме):

.

Таким образом, в динамическом отношении П-регулятор подобен безынерционному (пропорциональному) звену.

Параметр настройки П-регулятора – коэффициент пропорциональности k_р, равный перемещению РО х при отклонении регулируемой величины у на единицу ее изменения.

При выборе структурной схемы любого реального регулятора, в том числе и пропорционального, решающее значение имеет передаточная функция (ПФ) исполнительного механизма, которая может соответствовать ПФ интегрирующего или пропорционального звена. К первой группе относятся электродвигательные ИМ, обеспечивающие постоянную скорость перемещения РО, ко второй – пневматические мембранные ИМ, у которых перемещение РО пропорционально регулирующему воздействию.

Структурная схема П-регулятора с ИМ первого типа приведена на рис.III.2. Закон регулирования формируется с помощью отрицательной обратной связи (ОС) по положению РО, т. е. на вход устройства ОС W_ОС(p) поступает сигнал х с преобразователя перемещения ИМ.

Рис.III.2. Структурная схема П-регулятора: 1 – усилитель, 2 – исполнительный механизм, 3 – цепь обратной связи.

Таблица III.6

Характеристики автоматических регуляторов

Закон	Дифференциальное уравнение	Передаточная функция	Передаточная характеристика	АФЧХ	Параметры настройки
П
И
ПД					,
ПИ					,
ПИД					, ,

В соответствии с правилами преобразования структурных схем ПФ регулятора имеет вид

.

При большом коэффициенте усиления W_yc(p) ПФ упрощается

. (III.1)

Для того чтобы формула (III.1) была тождественна ПФ идеального П-регулятора W_p(p) = k_p необходимо выполнить условие:

.

Таким образом, ОС должна быть выполнена в виде безынерционного звена с коэффициентом усиления

.

Такую ОС называют жесткой. Соответственно, параметр настройки П-регулятора – коэффициент пропорциональности k_р задается параметрами звена ОС.

Переходная характеристика реального П-регулятора несколько отличается от характеристики идеального в начальной своей части из-за ограниченной скорости ИМ.

Пропорциональные регуляторы позволяют устойчиво работать практически в любых технологических системах. Однако их недостаток – зависимость регулируемой величины от нагрузки объектов.

Рис.III.3. Структурная схема И-регулятора: 1 – усилитель, 2 – исполнительный механизм, 3 – цепь обратной связи.