Теоретические основы построения эффективных АСУ ТП



         

Теоретические основы построения эффективных АСУ ТП


2. Автоматические регуляторы и их настройка

2.10. Выбор типа регулятора

Задача проектировщика состоит в выборе такого типа регулятора, который при минимальной стоимости и максимальной надежности обеспечивал бы заданное качество регулирования.
Разработчиком 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 серийных 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.
Рассмотрим показатели качества серийных регуляторов. В качестве серийных предполагаются непрерывные регуляторы, реализующие И, П, ПИ 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

Эффективность компенсации ступенчатого возмущения регулятором достаточно точно может характеризоваться величиной динамического коэффициента регулирования
, а быстродействие - величиной времени регулирования.
Минимально возможное время регулирования для различных типов регуляторов при оптимальной их настройке определяется таблицей 2.1.

Таблица 2.1.

Закон регулирования П ПИ ПИД
6.5 12 7

где -

время регулирования,
- запаздывание в объекте.
Теоретически, в системе с запаздыванием, минимальное время регулирования

Руководствуясь таблицей можно утверждать, что наибольшее быстродействие обеспечивает П-закон управления. Однако, если коэффициент усиления П-регулятора
мал (чаще всего это наблюдается в системах с запаздыванием), то такой регулятор не обеспечивает высокой точности регулирования, т.к. в этом случае велика величина статической ошибки. Если
имеет величину равную 10 и более, то П-регулятор приемлем, а если
то требуется введение в закон управления интегральной составляющей. 
Наиболее распространенным на практике является ПИ-регулятор, который обладает следующими достоинствами:
1. Обеспечивает нулевую статическую ошибку регулирования.
2. Достаточно прост в настройке, т.к. настраиваются только два параметра, а именно коэффициент усиления
и постоянная интегрирования
. В таком регуляторе имеется возможность оптимизации
, что обеспечивает управление с минимально возможной средне-квадратичной ошибкой регулирования.
3. Малая чувствительность к шумам в канале измерения (в отличии от ПИД-регулятора).
Для наиболее ответственных контуров можно рекомендовать использование ПИД-регулятора, обеспечивающего наиболее высокое быстродействие в системе. Обнако следует учитывать, что это условие выполняется только при его оптимальных настройках (настраиваются три параметра). С увеличением запаздывания в системе резко возрастают отрицательные фазовые сдвиги, что снижает эффект действия дифференциальной составляющей регулятора. Поэтому качество работы ПИД-регулятора для систем с большим запаздыванием становится сравнимо с качеством работы ПИ-регулятора. Кроме этого, наличие шумов в канале измерения в системе с ПИД-регулятором приводит к значительным случайным колебаниям управляющего сигнала регулятора, что увеличивает дисперсию ошибки регулирования и износ исполнительного механизма. Таким образом, ПИД-регулятор следует выбирать для систем регулирования, с относительно малым уровнем шумов и величиной запаздывания в объекте управления. Примерами таких систем является системы регулирования температуры.
При выборе типа регулятора рекомендуется ориентироваться на величину отношения запаздывания к постоянной времени в объекте
. Если
то можно выбрать релейный, непрерывный или цифровой регуляторы. Если
, то должен быть выбран непрерывный или цифровой, ПИ- или ПИД-регулятор. Если
, то выбирают специальный цифровой регулятор с упредителем, который компенсирует запаздывание в контуре управления. Однако этот же регулятор рекомендуется применять и при меньших отношениях
.

Назад | Содержание | Дальше

НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ КОМПАНИИ "АТМ" >>

Copyright (c) 2000 ATM




Содержание  Назад  Вперед