2020-06-12
128
Задача проектировщика состоит в выборе такого типа регулятора, который при минимальной стоимости и максимальной надежности обеспечивал бы заданное качество регулирования.
Разработчиком могут быть выбраны релейные (позиционные), непрерывные или дискретные (цифровые) типы регуляторов [2]. Для того, чтобы выбрать тип регулятора и определить его настройки необходимо знать: статические и динамические характеристики объекта управления, заданные в техническом задании показатели качества регулирования.
Выбор типа регулятора определяется статическими и динамическими характеристиками объекта управления, а также показателями качества регулирования, заданными в техническом задании.
В зависимости от характеристик объекта и требуемых показателей качества регулирования выбор регулятора начинается с простейших позиционных регуляторов и может заканчиваться самонастраивающимися микропроцессорными регуляторами. Очевидно, что чем сложнее объект и выше требования к качеству регулирования, тем сложнее должен быть регулятор.
|
|
|
Наиболее простыми по исполнению и настройке являются позиционные регуляторы. Двухпозиционный регулятор вообще не требует настройки. Настройка трехпозиционного регулятора сводится к выбору ширины зоны нечувствительности и ширины петли гистерезиса. Первая выбирается из условия подавления автоколебаний, а вторая из условия ложных срабатываний при действии помех.
Чаще всего в качестве промышленных регуляторов используются регуляторы, реализующие И, П, ПИ и ПИД – законы регулирования. Методам их настройки посвящено большое количество литературы. Рассмотрим только некоторые наиболее употребительные методы.
Ручная настройка. Расчет параметров по формулам не может дать оптимальной настройки регулятора, поскольку аналитически полученные результаты основываются на сильно упрощенных моделях объекта. Поэтому после расчета параметров регулятора желательно сделать его подстройку. Подстройку можно выполнить на основе правил, которые используются для ручной настройки. Эти правила получены из опыта, теоретического анализа и численных экспериментов. Они сводятся к следующему [4]:
- увеличение пропорционального коэффициента увеличивает быстродействие и снижает запас устойчивости;
- с уменьшением интегральной составляющей ошибка регулирования с течением времени уменьшается быстрее;
- уменьшение постоянной интегрирования уменьшает запас устойчивости;
- увеличение дифференциальной составляющей увеличивает запас устойчивости и быстродействие.
Рассмотрим наиболее простой метод ручной настройки который применяется для объектов допускающих многократное снятие кривых разгона.
|
|
|
Порядок настройки следующий:
1. Отключают дифференциальную и интегральную составляющие закона регулирования.
2. Постепенно увеличивают пропорциональную составляющую, добиваясь, чтобы перерегулирование не превышало 20 %. (кривая 1 на рис. 9.1).
3. Подключают дифференциальную составляющую.
4. Постепенно ее увеличивают, добиваясь, чтобы перерегули-рование и время переходного процесса уменьшились. (кривая 2 на рис. 9.1).
5. Подключают интегральную составляющую.
6. Постепенно ее увеличивают, добиваясь, чтобы перерегули-рование и время переходного процесса существенно не изменились. (кривая 3 на рис. 9.1).
Рис. 9.1. Кривые разгона при настройке ПИД-регулятора
Начальные значения П-, И-, Д- составляющих закона регулирования выбирают из условия апериодичности кривой разгона. При больших значениях этих составляющих процесс регулирования принимает колебательный характер или теряет устойчивость.
Постановка задачи
В работе рассматривается система управления судном по курсу. Ее структурная схема показана на рис. 9.1.
Рис. 9.2. Структурная схема системы стабилизации судна на курсе
Линейная математическая модель, описывающая рыскание судна, имеет вид:
где 
– угол рыскания (угол отклонения от заданного курса), 
– угловая скорость вращения вокруг вертикальной оси, 
– угол поворота вертикального руля относительно положения равновесия, 
– постоянная времени, 
– постоянный коэффициент, имеющий размерность рад/сек. Передаточная функция от угла поворота руля к углу рыскания запишется в виде
.
Привод (рулевая машина) приближенно моделируется как интегрирующее звено, охваченное единичной отрицательной обратной связью, так что его передаточная функция равна
.
Для измерения угла рыскания используется гирокомпас, математическая модель которого записывается в виде апериодического звена первого порядка с передаточной функцией
.
Исследуются переходные процессы в системе при использовании ПД-регулятора
,
и ПИД-регулятора
.
Необходимо провести настройку ПИД-регулятора. Смоделировать возмущение на 2 градуса. Варианты заданий указаны в таблице 9.1.
Таблица 9.1 – Варианты заданий
| Вариант |  , сек
|  ,рад/сек
|  , сек
|  , сек
|
| 1. | 16.0 | 0.06 | 1 | 1 |
| 2. | 16.2 | 0.07 | 2 | 2 |
| 3. | 16.4 | 0.08 | 1 | 3 |
| 4. | 16.6 | 0.07 | 2 | 4 |
| 5. | 16.8 | 0.06 | 1 | 5 |
| 6. | 17.0 | 0.07 | 2 | 6 |
| 7. | 17.2 | 0.08 | 1 | 1 |
| 8. | 17.4 | 0.07 | 2 | 2 |
| 9. | 17.6 | 0.06 | 1 | 3 |
| 10. | 17.8 | 0.07 | 2 | 4 |
| 11. | 18.0 | 0.08 | 1 | 5 |
| 12. | 18.2 | 0.09 | 2 | 6 |
| 13. | 18.4 | 0.10 | 1 | 1 |
| 14. | 18.6 | 0.09 | 2 | 2 |
| 15. | 18.8 | 0.08 | 1 | 3 |
| 16. | 19.0 | 0.07 | 2 | 4 |
| 17. | 19.2 | 0.08 | 1 | 5 |
| 18. | 19.4 | 0.09 | 2 | 6 |
| 19. | 19.6 | 0.10 | 1 | 1 |
| 20. | 18.2 | 0.0694 | 2 | 6 |
