Регулятор с дифференциальным действием
В некоторых управляемых системах основные переменные возмущения проявляются очень быстро. Регулируемая переменная сильно отклоняется от опорной переменной в течение короткого отрезка времени. Подобные отклонения можно компенсировать при помощи Д-регулятора.
Выходная переменная Д-регулятора пропорциональна временному изменению в отклонении системы. Поэтому в результате резкого изменения в отклонении системы на выходе регулятора генерируется бесконечно большая регулирующая переменная.
Область применения
Так как Д-регулятор реагирует только на изменение в отклонении системы, то сам по себе он не применяется и всегда комбинируется с П- или ПИ-регулятором.
Регулятор дифференциального действия не способен исправить остаточное отклонение системы и поэтому редко применяется в промышленности.
Регуляторы дифференциального действия применяются в комбинации с регулятором пропорционального действия или интегрального действия.
Чем быстрее происходит изменение в отклонении системы, тем больше становится эффективность регулятора дифференциального действия.
|
Deviaton d |
Отклонение d |
|
Controller output CO |
Выход регулятора СО |
|
Symbol of D-controller |
Символ Д-регулятора |
Временная реакция регулятора дифференциального действия: В случае с Д-регулятором регулирующая переменная пропорциональна изменению в отклонении системы.
Комбинированные регуляторы
В следствие того, что зачастую различные типы регуляторов с обратной связью не демонстрируют требуемой реакции на определенное управляющее задание, их часто комбинируют. Тем не менее, не все комбинации данных трех типов регуляторов являются осуществимыми. Чаще всего применяют следующие комбинации
ПИ-регулятор
ПД-регулятор
ПИД-регулятор
|
Deviaton |
Отклонение |
|
PI-controller |
ПИ-регулятор |
|
PD-controller |
ПД-регулятор |
|
PID-controller |
ПИД-регулятор |
ПИ-регулятор
В ПИ-регуляторе комбинируется поведение И-регулятора и П-регулятора, благодаря чему используются преимущества обоих типов регуляторов: быстрый отклик регулятора интегрального действия и компенсация остаточного отклонения системы регулятора пропорционального действия. Поэтому ПИ-регулятор можно применять в большом количестве управляемых систем.
В дополнение к пропорциональному усилению ПИ-регулятор обладает дополнительной характеристикой, которая показывает поведение И-составляющей: время интегрального воздействия, что позволяет измерять то, насколько быстро регулятор выполняет сброс регулирующей переменной в дополнение к генерированной П-воздействием регулирующей переменной для компенсации остаточного отклонения системы. Время сброса – это отрезок времени, на который ПИ-регулятор срабатывает быстрее регулятора интегрального действия.
|
deviation d |
Отклонение d |
|
controller |
Регулятор |
|
controller output |
Выход регулятора |
ПИД-регулятор
В дополнение к упомянутым свойствам ПИ-регулятора ПИД-регулятор также включает в себя компоненту коррекции по производной. Им учитывается быстрота изменения отклонения системы.
Если отклонение системы большое, то Д-компонента гарантирует мгновенное и очень сильное изменение регулирующей переменной. В то время как влияние Д-компоненты снижается мгновенно, рост И-компоненты происходит медленно. Если отклонение системы небольшое, то поведением Д-компоненты можно пренебречь.
Преимущество Преимущество такого поведения заключается в более высокой скорости реакции на изменения или переменные возмущения, и, следовательно, в более быстрой компенсации отклонений системы.
Недостаток Недостаток заключается в том, что контур регулирования намного более подвержен колебаниям, и, следовательно, намного сложнее произвести правильную настройку регулятора
Время коррекции по производной
Из-за Д-воздействия этот тип регулятора имеет более высокую скорость по сравнению с П- или ПИ-регулятором. Это проявляется во времени коррекции по производной Tv. Время коррекции по производной – это отрезок времени, на который ПИД-регулятор срабатывает быстрее ПИ-регулятора.
|
deviation d |
Отклонение d |
|
controller |
Регулятор |
|
controller output |
Выход регулятора |
|
reset time |
Время сброса |
|
Derivative action time |
Время коррекции по производной |
|
Обзор Тип регулятора |
Временная реакция |
Характеристики |
|
|
отклонение |
|
|
П-регулятор |
|
Для минимальных требований к опорной переменной. Высокая скорость реакции, но не может полностью компенсировать отклонение системы. |
|
И-регулятор |
|
Низкая скорость реакции; отклонение системы может полностью компенсироваться. При сильном изменении переменной возмущения интегральное воздействие имеет склонность к возникновению колебаний. |
|
Д-регулятор |
|
Реагирует только на изменения в отклонении системы. Сам по себе не применяется. |
|
ПИ-регулятор |
|
В регуляторы пропорционального действия часто встраивается небольшая компонента интегрального действия, которая позволяет полностью компенсировать отклонение системы. Такая комбинация применяется часто. |
|
ПД-регулятор |
|
Эта комбинация применяется редко. Она подходит для регулирования с обратной связью, когда необходима быстрая реакция на сильное изменение переменной возмущения. |
|
ПИД-регулятор |
|
Применяется для обеспечения высоких требований систем управления с обратной связью. П-компонента обеспечивает быстрое управление с обратной связью, И-компонента обеспечивает высокую точность ,а Д-компонента повышает скорость управления с обратной связью. |
