Регуляторы

" Регуляторы - это последовательные корректирующие элемен­'- ы в системах регулирования, применяемые для обеспечения '.j стойчивости и требуемых динамических характеристик системы.

егуляторы устанавливают как в прямой цепи управления, на­пример, для преобразования рассогласования в управляющее воз­;действие, так и в цепях обратных связей.

Законом управления регулятора называют зависимость, исполь­уемую при выработке выходного сигнала по входному сигналу. ;~'егуляторы позволяют корректировать такие присущие конкрет Ной системе и объекту управления свойства, как инерционность, еустойчивость, чувствительность к возмущениям.

п Наиболее распространенным законом управления является ~ ропорциональный закон (обозначаемый П):

j1 = ~СР$',

де h - выходной сигнал регулятора; k~ - передаточный коэф­+фициент пропорционального звена регулятора (см. рис. 3.51); g - rходной сигнал регулятора.

Управляющее воздействие прямо пропорционально ошибке ~ егулирования, его знак совпадает со знаком ошибки. Если за­анный сигнал ХЗ больше реального Х т. е. Е, > 0 и g > 0, то > 0, и система управления будет стремиться увеличить выход­`~ой сигнал, причем тем интенсивней, чем больше ошибка Е,. За­" авая разные значения kp - передаточного коэффициента пропор­онального звена регулятора (см. рис. 3.51), можно изменять ре­__ _ ию системы на изменение входного параметра Хз.

На рис. 3.52, а приведено изменение выходного параметра Хв '' твет на изменение входного параметра ХЗ по трапеции. Видно, то при больших значениях !сР - передаточного коэффициента

пропорционального звена регу­лятора (кривая Х(t)) меньше отставание выходного сйгнала от входного, но больше пере­регулирование А.

Для устранения медленно меняющейся ошибки регулиро­вания постоянного знака типа отставания по фазе примёняют пропорционально-интеграль­ный закон управления (обозна­чаемый ПИ): управляющее воз­действие складывается из двух составляющих: составляющей, пропорциональной текущей ошибке, и составляющей, про­порциональной накопленной ошибке (рис. 3.52, б).

В этом случае h=kpg+k;fgdt, о

где k; - передаточный коэффи­циент интегрирующего звена. Пусть замер выходного сиг­

нала Х сравнение его с задан ным Х, и выработка управляющего воздействия h производятся периодически через интервал времени ~t (именно так работает система управления, построенная на базе ЭВМ). Тогда очередное значение h; вычисляется по формуле

где i - номер текущего момента времени.

Чем дольше сохраняется ошибка регулирования постоянного зна­ка, тем больше вклад интегрирующего звена в управляющее воздей­ствие и тем интенсивнее регулятор стремится устранить эту ошибку.

Для устранения быстро меняющихся ошибок, возникающих при смене характера изменения входного параметра Х„ регулятор до­полняют дифференциальной составляющей. Такой регулятор вос­производит пропорционально-интегрально-дифференциальный за­кон (ПИД):

е kd - передаточный коэффициент дифференцирующего звена гулятора.

' В случае управления через интервал времени ~t

v Чем больше скорость изменения разницы Х,- Хи g, тем боль­"е вклад дифференциальной составляющей в управляющее воз­йствие.

Значения коэффициентов kp, k;, kd, определяющих работу ре­лятора и всей системы управления, в каждом случае подбирают ивидуально для обеспечения заданного качества регулирова­п'п с сохранением устойчивости системы управления. Легко уста­вить, что при увеличении этих коэффициентов ошибка регули­' вания уменьшается. Однако рост коэффициентов в конце кон­~ в приводит к потере системой управления устойчивости - воз­' кновению в системе колебаний сигналов с возрастающей ам­lитудой (разрушительные вибрации, рост шума в системе мик­

он-усилитель-динамик и т.д.), т.е. у каждой системы име­' ся область устойчивой работы, выход за которую означает нару­~-ение работы системы.

Область устойчивости конкретной системы управления можно йти экспериментально (при ее поиске возможно разрушение `стемы), аналитически (что требует детального теоретического ' ализа поведения системы) или численным моделированием на ВМ с использованием специальных моделирующих программ. ~ оследний подход используется все чаще в связи со снижением оимости и распространением вычислительной техники.