Рекомендации по выбору закона регулирования и типа регулятора
Минимально возможное время регулирования tp для различных законов регулирования и типов регуляторов при оптимальной их настройке определяется таблицей 1.
Теоретически, в системе с запаздыванием, минимальное время регулирования tPMIN = 2 Td.
В таблице 1 приведены рекомендации по выбору закона регулирования и типа регулятора исходя из величины отношения запаздывания Td к постоянной времени объекта Т.
Если Td /Т < 0,2, то можно выбрать релейный, непрерывный или цифровой регуляторы.
Если 0,2 < Td /Т < 1, то должен быть выбран непрерывный или цифровой, ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор.
Если Td /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 Td /Т.
Таблица 1 - Выбор закона регулирования и типа регулятора по отношению Td /Т и tP Acd
Соотношение Td /Т | Соотношение tp /Td | Характеристика обьекта | Закон регулирования и тип регулятора | |
---|---|---|---|---|
по запаздыванию и инерционности | по степени регулируемости | |||
0<Td /Т<0,05 | Без запаздывания | Очень хорошо регулируемый | Релейный, непрерывный П-, ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор | |
0,05<Td /Т<0,1 | С большой инерционностью и с малым запаздыванием | Очень хорошо регулируемый | Релейный, непрерывный П-, ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор | |
0,1 <Td /Т<0,2 | С существенным транспортным запаздыванием | Хорошо регулируемый | Релейный, непрерывный П-, ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор | |
0,2<Td /Т<0,4 | С существенным транспортным запаздыванием | Еще регулируемый | Непрерывный или цифровой ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор | |
0,4<Td /Т<0,8 | С существенным транспортным запаздыванием | Трудно- регулируемый | Непрерывный или цифровой ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор | |
0,8<Td /Т<1 | С большим транспортным запаздыванием | Очень трудно- регулируемый | Непрерывный или цифровой ПИ-, ПД-, ПИД-регулятор | |
Td /Т>1 | С большим транспортным запаздыванием | Очень трудно регулируемый | Цифровой регулятор с упредителем | |
tP /Td > 6,5 | Непрерывный или цифровой, П-регулятор | |||
tP /Td > 12 | Непрерывный или цифровой, ПИ-регулятор | |||
tP /Td > 7 | Непрерывный или цифровой, ПИД-регулятор | |||
Примечания. tP - время регулирования,Td - запаздывание в объекте,Т - постоянная времени объекта.2. Релейный регулятор - двухпозиционный, трехпозиционный, многопозиционный регулятор. |
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 Td /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 Td /Т > 0,2.
Перечисленные в табл. 1 объекты регулирования с отношением Td /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.).