Регуляторы, корректирующие звенья

Регуляторы и корректирующие звенья составляют основу устройства управления исполнительными механизмами и призваны скорректировать статические и динамические свойства СУИМ в соответствие с требованиями к качеству управления.

В качестве регуляторов систем автоматизации и управления применяются электронные регуляторы на аналоговой и цифровой элементной базе, пневматические, гидравлические и комбинированные. Большинство регуляторов являются регуляторами непрямого действия, лишь в редких случаях – прямого действия (работают без притока энергии извне).

Независимо от технологического назначения регуляторов (регуляторов скорости, положения рабочего органа, давления, уровня, температуры и т.д.) все они подразделяются на 2 больших класса:

– параметрические регуляторы класса «вход/выход» (П-, ПИ-, ПИД- и т.п. регуляторы, где буквами П, И, Д обозначены соответственно пропорциональная, интегральная и дифференциальная компоненты управления – параметры регуляторов);

– регуляторы состояния (апериодические, модальные и т.п.). В отличие от регуляторов 1-го класса они контролируют все состояние системы, либо ее некоторой части, т.е. имеют обратные связи по полному либо усеченному вектору состояния системы.

В зависимости от применяемой аппаратной базы регуляторы могут быть аналоговыми (на операционных усилителях), цифровыми (на микропроцессорах), релейными или релейно-импульсными (на контактных и бесконтактных реле, микропроцессорах).

Регулятор класса «вход/выход» на функциональных схемах СУИМ обозначается в виде переходной функции, которую имеет данный регулятор, например в виде, приведенном на рис. 4.21, а.

Обозначения на схеме:

Х _вх – входной сигнал – сигнал ошибки регулирования той или иной координаты СУИМ;

У _вых – выходной сигнал регулятора.

Рис. 4.21. Функциональные схемы регуляторов СУИМ

Регуляторы состояния (рис. 4.21, б), в отличие от регуляторов класса «вход/выход» имеют как минимум одно входное задающее воздействие и обратную связь по вектору состояния. Такие регуляторы состояния являются скалярными. В общем случае они являются векторными, имеют несколько задающих воздействий и могут иметь входные воздействия, компенсирующие внешние возмущения.

Обозначения на схеме:

X _з – вектор задающих воздействий, X _з = [ х _з1 х _з2... х _{з k} ]^T;

X – вектор (полный или усеченный) состояния; X = [ х ₁ х ₂ ... х_n ]^T;

Y _вых – вектор выходных воздействий регулятора; Y _вых = [ у ₁ у ₂ ... у_m ]^T;

F – вектор возмущающих воздействий; F = [ f ₁ f ₂ ... f_d ]^T.

При k = m = 1 векторный регулятор состояния преобразуется в скалярный регулятор.

Регуляторы состояния в СУИМ применяются крайне редко. Как правило, современные СУИМ оснащены ПИ, ПИД или ПДД регуляторами (аналоговыми, цифровыми или релейно-импульсными).

Рассмотрим наиболее часто применяемые в СУИМ параметрически оптимизируемые аналоговые регуляторы класса «вход/выход».

Их можно представить в виде усилительного звена - операционного усилителя (рис 4.22).

Рис. 4.22. Функциональная схема регулятора класса «вход/выход»

Обозначения на схеме:

A1 – операционный усилитель;

Z _вх, Z ₀ – комплексные сопротивления во входной цепи и в цепи обратной связи операционного усилителя.

Математическую модель таких регуляторов чаще всего представляют либо в виде передаточной функции (структурной схемы), либо в виде дифференциальных уравнений (переходной функции). Входной сигнал представляет собой разность между задающим сигналом и сигналом обратной связи по регулируемой координате (сигнал ошибки регулирования). Обратная связь всегда отрицательна. У операционного усилителя задействован инверсный вход, а значит, выходной сигнал операционного усилителя всегда будет противоположен по знаку сигналу ошибки.

При математическом описании регуляторов применим следующую последовательность: принципиальная схема регулятора – передаточная функция – переходная характеристика – переходный процесс – изображение блок-схемы регулятора (функциональной схемы).

Дата добавления: 2014-11-29