Структурная схема одноконтурной автоматической системы регулирования с цифровым измерителем-регулятором приведена на рисунке 7.1. На объект регулирования (ОР) действуют возмущающее Z и управляющее Х воздействия, которые приводят к изменению его выходной величины, измеряемой датчиком Д. Выходная величина Y от датчика Д сравнивается с ее заданным значением Y З, вырабатываемым задающим устройством (ЗУ). В зависимости от величины и знака отклонения (Y З− Y) цифровой измеритель-регулятор (ЦИР) вырабатывает управляющее воздействие, которое преобразуется исполнительным механизмом (ИМ) в перемещение регулирующего органа (РО). Регулирующий орган изменяет количество вещества, проходящего через объект регулирования (ОР), формируя управляющее воздействие Х таким образом, чтобы устранить отклонение регулируемой переменной Y от ее заданного значения Y З.
В зависимости от вида задающего воздействия Y З АСР делятся на стабилизирующие (Y З = const), программные (Y З − заданная функция времени) и следящие (Y З заранее не задается, а меняется при изменении некоторого «ведущего» параметра, связанного с работой данного объекта регулирования).
|
|
Рисунок 7.1 − Структурная схема одноконтурной АСР с цифровым
измерителем-регулятором
Законом регулирования называется зависимость вида
Х = f (Y З− Y). (7.1)
Выделяют следующие основные законы регулирования: пропорциональный (П), интегральный (И), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-дифференциальный (ПД), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД). Уравнение, описывающее ПИД закон регулирования, имеет вид
(7.2)
где kp − коэффициент пропорциональности;
Т и − время интегрирования;
Т д − время дифференцирования.
Коэффициенты k p, Т и и Т д являются настроечными параметрами регулятора. Введением той или иной составляющей в законе регулирования, а также подбором параметров настройки можно добиться требуемого качества работы АСР.
Переходным процессом в АСР называется изменение во времени выходной величины Y от момента появления возмущающего или изменения задающего воздействий до прихода системы в новое установившееся состояние. Вид переходного процесса зависит от динамических свойств системы, определяемых динамическими свойствами самого объекта регулирования и автоматического регулятора, начальных условий, а также от величины и формы входных воздействий. Переходные процессы в системе могут возникать при изменении возмущающего воздействия или задающего воздействия Y З (рисунки 7.2 и 7.3).
Рисунок 7.2 − Переходный процесс в АСР при нанесении
возмущающего воздействия
|
|
Рисунок 7.3 − Переходный процесс в АСР при изменении
задающего воздействия
Качество переходного процесса оценивается следующими показателями (рисунок 7.4):
1) Статическая ошибка регулирования Y с – это рассогласование между установившимся значением регулируемой величины Y ∞ и ее заданным значением Y З:
Y с = Y ∞ − Y З. (7.3)
2) Максимальная динамическая ошибка регулирования Y д – это максимальное отклонение регулируемой величины в переходном процессе от ее заданного значения (обычно наибольшим является первый максимум).
3) Время регулирования Т р – это промежуток времени, в течение которого регулируемая величина достигает нового установившегося значения с заранее установленной точностью ε (принимается ε=5%).
4) Перерегулирование σ – это выраженное в процентах отношение второй и первой амплитуд колебания регулируемой величины, направленных в противоположные стороны:
σ = (Y 2/ Y 1)×100%. (7.4)
5) Интегральная квадратическая ошибка регулирования характеризует разброс значений регулируемой величины от нового установившегося
значения Y∞:
. (7.5)
Чем меньше статическая и динамическая ошибка регулирования, тем выше качество переходного процесса или качество работы АСР. Из устойчивых (затухающих) переходных процессов в качестве оптимальных с точки зрения требований технологии выбирают один из трех типовых процессов:
1) Граничный апериодический процесс характеризуется отсутствием перерегулирования (σ = 0), минимальным общим временем регулирования Т р и максимальной по сравнению с другими типовыми переходными процессами величиной динамической ошибки Y д.
2) Процесс с 20-процентным перерегулированием: динамическая ошибка Y д уменьшается, время регулирования Т р возрастает.
3) Процесс с минимальной квадратичной ошибкой регулирования: динамическая ошибка Y д минимальная (из рассмотренных процессов), время регулирования Т р максимальное, перерегулирование σ – наибольшее (40 %).
Рисунок 7.4 − Показатели качества переходного процесса в АСР
при ступенчатом изменении возмущающего воздействия Z