Меню

Что является регулятором системы



Регуляторы и системы регулирования

рисунок 4 классический контур регулирования

Работа регулятора осуществляется на основе постоянного анализа регулируемого параметра, характеризующего состояние объекта, для чего к входу регулятора подключают датчик. Информационная связь между датчиком, измеряющим регулируемый параметр, и входом регулятора называется обратной связью. Так образуется замкнутый контур управления, а сама система управления называется замкнутой. Вообще понятие “обратная связь” является фундаментальной категорией в теории управления. Именно благодаря наличию обратной связи с объектом становится возможным реализовывать действительно качественное, можно сказать, зрячее управление. Определение регулятора, приведенное выше, было взято из энциклопедии и, честно говоря, не очень удачное. Регулятор — это не обязательно отдельное устройство. Дело в том, что в современных АСУ ТП функции регулятора реализуются в рамках прикладной программы управления на уровне контроллера. Так один промышленный контроллер может программно реализовать до тысячи регуляторов. Это современный подход к построению систем управления; тем не менее, локальные регуляторы, выполненные в виде отдельных устройств, по сей день активно используются там, где не требуется столь мощного функционала.
Какие регуляторы бывают? Совершенно разные: предельные двухпозиционные регуляторы , пропорциональные регуляторы (P-регуляторы), регуляторы с таймером или задержкой и т.д. Апофеозом развития регуляторов явилось появление пропорционально-интегро-дифференциального регулятора (ПИД-регулятора, PID по-английски), который во многих случаях позволил достичь оптимального качества управления, и о котором далее пойдет речь. В современных АСУ ТП PID-регулирование является фундаментальным элементом управления непрерывными процессами, этакой основой всех основ

Как работает ПИД-регулятор? ПИД-регулятор — это звено в контуре управления с обратной связью, используемое для поддержания заданного значения измеряемого параметра. ПИД-регулятор измеряет отклонение стабилизируемой величины от заданного значения (так называемой уставки) и генерирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально этому отклонению, второе пропорционально интегралу отклонения и третье пропорционально производной отклонения. Если какие-то из составляющих слагаемых не используются, то регулятор соответственно называют пропорционально-интегральным, пропорционально-дифференциальным, пропорциональным и т. п. На рисунке 5 показана упрощенная функциональная схема ПИД-регулятора:

Назначение ПИД-регулятора заключается в поддержании некоторой величины PV на заданном значении SP с помощью изменения другой величины OP, где; PV – измеряемый параметр (process value);
SP – заданное значение измеряемого параметра (уставка, setpoint); OP – управляющее воздействие (output); Разность (SP-PV) называется ошибкой или рассогласованием. В зависимости от объекта регулирования можно выбрать более простую реализацию ПИД регулятора: П ; ПИ ; ПД.

Читайте также:  Регулятор для теплого пола atlas design

Единичное ступенчатое воздействие на входе регулятора PV. рисунок 6

Реакция пропорциональной части на выходе регулятора OP на ступенчатое воздействие со входа PV.Реализация П-регулятора. Выбор коэффициента пропорциональности КР (= 1); (≥ 1); (≤1). Рисунок 7

Если говорить простыми словами реализация П-регулятора это управление внастоящем времени.

Реакция пропорциональной и интегральных частей на выходе регулятора ОР на ступенчатое воздействие со входа PV. Реализация ПИ- регулятора. Выбор времени интегрирования Т И (от 0 до бесконечности). Предполагаем, что КРуже был выбран. Рисунок 8

Если говорить простыми словами реализация ПИ-регулятора это управление в настоящем времени П- составляющая, плюс исправление допущенных ранее ошибок за время интегрирования И-составляющая.

Реакция пропорциональной и дифференциальной составляющих на выходе регулятора ОР на ступенчатое воздействие со входа PV. Реализация ПД- регулятора. Выбор времени дифференцирования ТД (от 0 до бесконечности). предполгаем, что КР уже был выбран

Рисунок 9.

Если говорить простыми словами реализация ПД-регулятора это управление внастоящем времени П-составляющая, плюс попытка воздействовать на будущее поведение системы Д-составляющая.

Реализавция ПИД- регулятора из ПД- регулятора путем ввода в ПД –регулятор времени интегрирования. Рисунок 10

Если говорить простыми словами реализация ПИД –регулятора это управляю настоящим П, гашу возникшие долги И, инвестирую в будущее Д. От того насколько правильно будут подобраны эти три составляющих, настолько быстрей и с меньшими волнениями пройдет переходный процесс регулирования.

Процесс настройки PID-регулятора состоит в основном из задания уставки и значений указанных выше трех коэффициентов. Существует несколько математических методов вычисления оптимальных коэффициентов PID-регулятора исходя из обеспечения наибольшей устойчивости системы. Однако на практике настройка регулятора проводится эмпирическим методом (так сказать “на глазок”). В современных АСУ ТП зачастую применяются так называемые самонастраивающиеся PID-регуляторы, которые путем подачи на объект единичного воздействия и анализа ответной реакции автоматически выставляют если не оптимальные, то достаточно хорошие коэффициенты. Более того, существуют алгоритмы адаптированного PID-регулирования, предполагающие автоматическую корректировку (подстройку) коэффициентов регулирования в процессе управления. С их помощью можно достичь очень высокого качества управления даже в сильно нелинейных системах . Как было отмечено, качество управления сильно зависит от настройки коэффициентов регулятора. На рисунке 11 показано поведение системы при некорректной настройке PID Рисунок11. Здесь оператор решил поменять уставку. Как видно из рисунка, регулятор не способен отработать корректно, и наблюдается расходящийся колебательный процесс. Система явно не устойчива.

Читайте также:  Регулятор для судовых двс

На рисунке 12 показан переходный процесс при правильных настройках регулятора. Оператор опять меняет температурную уставку, но регулятор на этот раз отрабатывает корректно. Наблюдается некоторое перерегулирование, но в целом процесс быстро сходится. Рисунок 12
Каскадное регулированиеКлассический пример. Нагреватель печи (горелка в нашем случае) имеет избыточную мощность, и объект нагрева (заготовка) может с одной стороны перегреться, а с другой — остаться холодным. Если подобный режим нагрева недопустим, то одноконтурного управления будет уже недостаточно. Для обеспечения равномерного нагрева объекта необходимо измерять температуру уже в двух местах: рядом с нагревателем и в самом холодном месте. В таком случае регулятор должен содержать два ПИД — звена, включенных последовательно. Первое ПИД-звено (называемое ведущим), на вход которого подается значение температуры в холодном месте, будет вырабатывать значение уставки для второго звена (называемого ведомым). На вход ведомого звена подается температура около нагревателя (см. рисунок 13). Такая структура регулирования двух с помощью последовательно включенных ПИД — регуляторов, имеющая два входа для параметров измерения и один управляющий выход, называется каскадной. Для эффективного управления необходимо, чтобы ведомый PID-регулятор был быстрее, чем ведущий. Рисунок 13

Вопросы для самоконтроля 1.Структурная схема контура регулирования. 2. Упрощенная функциональная схема ПИД регулятора. 3. Виды единичных воздействий на входе и реакции на выходе: П; ПИ; ПД; ПИД. 4. Процесс настройки ПИД регулятора. 5. Каскадное регулирование.

Источник

Назначение и состав регулятора

Регулятор (АУУ – автоматическое управляющее устройство) – устройство, осуществляющее воздействие на управляемый объект в соответствии с заложенным в нём законом управления.

В состав регулятора входят следующие элементы:

— чувствительные датчики

— измерительные Измеряют параметр или сигнал рассогласования

— исполнительные перемещают регулирующие органы

(электродвигатели, гидро- и сервоприводы.). Исполнительный элемент – последнее звено регулятора.

— элементы корректирующих цепей. (обратная связь)

Рассмотрим функциональную схему системы автоматического регулирова­ния (рис. 11), которая состоит из объекта регулирования ОР ирегулятора (автоматического управляющего устройства). В этой системе функционально необходимыми элементами, т. е. такими элементами, при помощи которых реали­зуется принцип управления по отклонению, являются объект регулирования ОР и измерительное 1, усилительное 2 и исполнительное 4 устройства.

Читайте также:  Схема регулятора скорости подачи проволоки для сварочного полуавтомата

В общем случае автоматический регулятор может рассматри­ваться состоящим из группы элементов, каждый из которых имеет свое определенное назначение.

В отдельных случаях некоторые из этих элементов не входят всостав регулятора или входят в объединенном виде сдругими. Ниже приводятся краткие сведения об этих элементах.

а) Измерительные (чувствительные) элементы и датчики

Назначение измерительных элементов измерять в процессе регулирования действительное значение регу­лируемой величины или основного возмущающего воздействия в за­висимости от избранного принципа регулирования.

В связи с этим выходная мощность элемента весьма невелика и обычно недостаточна для непосредственного приведения в движе­ние регулирующего органа.

По этой причине измерительные эле­менты регулируемых величин в системах регулирования часто назы­вают чувствительными элементами.

К измерительному элементу часто присоединяют преобразовательный элемент. Последний пре­образовывает измеряемую неэлектрическую величину в электри­ческую или в другую, необходимую по условиям работы си­стемы.

Измерительные элементы систем регулирования, соединенные с такими преобразователями, часто называют датчиками.

Требуемое значение регулируемой величины вырабатывается в задающем устройстве ЗУ. ЗУ может входить в состав регулятора и являться тогда частью измерительного устройства. Оно может также находиться на значительном расстоянии от автоматической системы и быть связанным с ней дистанционно (по проводам или по радио).

в) Элементы сравнения (датчики рассогласования)

Назначение элемента сравнения состоит в определении рас­согласования между действительным и предписанным значениями , регулируемой величины и выдачи управляющего сигнала регулятору. Элемент сравнения часто совмещается с задатчиком и измерительным элементом.

Измерительное устройство вырабатывает сигнал и с, называемый иногда сигналом ошибки, который пропорционален отклонению Ах регулируемой ве­личины х Вь .хот требуемого значения х вх:

где k c^- коэффициент передачи измерительного устройства.

Усилительное устройство * усиливает сигнал ошибки до величины и у, достаточной для управления исполнительным устройством. Усиление сигнала ошибки происходит за счет энергии внешнего источника. В простейших систе­мах, где сигнал ошибки имеет достаточную мощность, усилительное устройство может отсутствовать. Однако такие системы, которые называют системами пря­мого регулирования, находят ограниченное применение из-за недостаточной точности регулирования.

Источник