Основы автоматического регулирования
4. ВЫБОР ЗАКОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ И ТИПА РЕГУЛЯТОРА
4.1 Задача выбора закона управления и типа регулятора

      
 4.1 Задача выбора закона управления и типа регулятора

     Задача выбора закона управления и типа регулятора состоит в следующем – необходимо выбрать такой тип регулятора, который при минимальной стоимости и максимальной надежности обеспечивал бы заданное качество регулирования. Могут быть выбраны релейные, непрерывные или дискретные (цифровые) типы регуляторов. Для того, чтобы выбрать тип регулятора и определить его настройки необходимо знать: 1 Статические и динамические характеристики объекта управления. 2 Требования к качеству процесса регулирования. 3 Показатели качества регулирования для непрерывных регуляторов. 4 Характер возмущений, действующих на процесс регулирования. Выбор типа регулятора обычно начинается с простейших двухпозиционных регуляторов и может заканчиваться самонастраивающимися микропроцессорными регуляторами. Заметим, что по требованиям технологического регламента многие объекты не допускают применения релейного управляющего воздействия.       

      4.2 Определение динамических характеристик объекта регулирования

     Для определения динамических характеристик объекта регулирования - коэффициента усиления (передачи) объекта Ко, постоянной времени обьекта Т и запаздывания τd на практике чаще пользуются экспериментальными методами, поскольку зависимость между входной и выходной величиной (переходная характеристика или кривая разгона) легче получить именно таким способом, см. раздел 2.6.      

       4.3 Показатели качества процесса регулирования для непрерывных регуляторов

    Типовые процессы регулирования и показатели качества непрерывных регуляторов представлены в разделах 2.7, 2.10. В качестве непрерывных регуляторов предполагается использовать регуляторы, реализующие И, П, ПИ, ПД и ПИД - законы управления. Теоретически, с усложнением закона регулирования качество работы системы улучшается. Известно, что на динамику регулирования наибольшее влияние оказывает величина отношения запаздывания к постоянной времени объекта τd /Т, и представляет собой степень трудности регулирования объекта. Эта величина равняется переходному отклонению регулируемого параметра X в процентах от заданного значения SP, когда величина внешнего регулирующего воздействия Y составляет 1 % от диапазона регулирования. Эффективность компенсации ступенчатого возмущения регулятором достаточно точно может характеризоваться величиной динамического коэффициента регулирования Rd, а быстродействие - величиной времени регулирования tP.     

4.4 Рекомендации по выбору закона регулирования и типа регулятора

      Минимально возможное время регулирования tР для различных законов регулирования и типов регуляторов при оптимальной их настройке определяется таблицей 4.1. Теоретически, в системе с запаздыванием, минимальное время регулирования tPMIN = 2 τd. В таблице 4.1 приведены рекомендации по выбору закона регулирования и типа регулятора исходя из величины отношения запаздывания τd к постоянной времени объекта Т. Если τd /Т < 0,2, то можно выбрать релейный, непрерывный или цифровой регуляторы. Если 0,2 < τd /Т < 1, то должен быть выбран непрерывный или цифровой, ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор. Если τd /Т > 1, то выбирают специальный цифровой регулятор с упредителем, который компенсирует запаздывание в контуре управления. Однако этот же регулятор рекомендуется применять и при меньших  отношениях τd /Т.

Таблица 4.1 - Выбор закона регулирования и типа регулятора по отношению τd /Т и tP /τd

        На параметры объекта значительное влияние оказывает взаимное расположение исполнительных органов (например, ТЭНа) и первичного преобразователя (датчика). Наличие запаздывания объекта резко ухудшает динамику замкнутой системы. Часто при отношении τd /Т > 0,5 типовые законы управления не могут обеспечить высокую точность и быстродействие процесса регулирования. Главной причиной здесь является резкое снижение критического коэффициента усиления системы при увеличении запаздывания в объекте управления. В связи с этим повысить качество управления можно либо путем уменьшения запаздывания в объекте, либо за счет применения регулятора более сложной структуры, а именно оптимального регулятора. Из теории оптимального управления следует, что такой регулятор в своей структуре должен содержать модель объекта управления. Системы управления с моделью объекта обладают возможностью предугадывать будущие изменения состояния объекта. Они могут быть адаптивными или нет и незаменимы для объектов с существенным временем запаздывания τd /Т > 0,2. Перечисленные в табл. 4.1 объекты регулирования с отношением τd /Т < 0,2 устойчивы и обладают самовыравниванием. Существуют неустойчивые объекты без самовыравнивания. Например, вентилятор с асинхронным электродвигателем с жесткой характеристикой. При изменении напряжения питания двигатель или находится в заторможенном состоянии, или разгоняется до номинальных оборотов. Для каждого объекта управления необходимо применять регуляторы с соответствующим алгоритмом и законом регулирования. Это позволяет существенно снизить потери при функционировании объекта (расход энергии, потери продукции и пр.).