Характеристики регулирования

К регуляторам предъявляются определенные требования, относя­щиеся к качеству процесса регулирования. Показателями качества про­цесса регулирования являются точность регулирования в установившем­ся режиме, быстродействие системы регулирования, характер переход­ного процесса (колебательный или апериодический), величина перере­гулирования и др. Качество процесса регулирования может быть оцене­но по характеристикам регулирования. Различают статические и динами­ческие характеристики.

Статической характеристикой системы автоматичес­кого регулирования называется зависимость регулируемой величины от одного из возмущающих воздействий.

Статическая характеристика определяет, насколько точно регулятор поддерживает регулируемую величину или изменяет ее по определен­ному закону при возникновении возмущающих воздействий.

Примеры статических характеристик показаны на рис. 1.3. В общем случае установившееся значение регулируемой величины у₂ после дейст­вия регулятора отличается от исходного значения у₁. Степень измене­ния регулируемой величины принято характеризовать коэффици­ентом статизма k_c который определяет наклон характеристики:

Рис. 1.3. Статическая (1) и астатичес­кая (2) характеристики регулирова­ния

Рис. 1.4. Динамические характерис­тики регулирования:

а - периодическая при устойчивом регулировании; б - апериодическая; в - периодическая при неустойчивом регулировании

Принято считать коэффициент статизма положительным, если регули­руемая величина уменьшается при возрастании величины возмущающего воздействия (характеристика 1 на рис. 1.3).

Обычно коэффициент статизма выражается в относительных еди­ницах:

где и - номинальные значения параметра (возмущающего воздействия), на который реагирует регулятор, и регулируемой вели­чины.

Обычно коэффициент статизма регуляторов невелик и составляет 2-6%.

Характеристика с коэффициентом статизма, равным нулю, получила название астатической (характеристика 2 на рис. 1.3). Регуля­торы, обладающие астатической характеристикой, обеспечивают посто­янство регулируемой величины независимо от возмущающего воздействия. Однако эта характеристика не позволяет распределить в заданном соотношении величину регулирующего воздействия между парал­лельно работающими объектами. Для этой цели удобно использовать ре­гуляторы со статическими характеристиками.

Динамической характеристикой системы автомати­ческого регулирования называется зависимость изменения регулируе­мой величины от времени в процессе регулирования при внезапном воз­никновении возмущающего воздействия. Характер переходного процес­са зависит от характеристик элементов, входящих в систему регулиро­вания, от коэффициентов усиления этих элементов, наличия обратных связей и их характеристик.

Различают несколько видов динамических характеристик. На рис. 1.4, а показана характеристика с периодическим изменени­ем регулируемой величины. В момент времени t₀ возникает возмуще­ние, которое вызывает уменьшение регулируемой величины. При появ­лении отклонения y вступает в действие регулятор, который стре­мится восстановить регулируемую величину. В точке а регулируемая величина достигает исходного значения, однако из-за инерции элемен­тов регулятора и объекта процесс ее увеличения будет продолжаться. Появится отклонение регулируемой величины другого знака, и регуля­тор начнет действовать на уменьшение регулируемой величины. Процесс регулирования будет иметь колебательный характер. При устойчивом регулировании система после нескольких колебаний установится на определенном значении регулируемой величины. Как видно из характе­ристики, в переходном процессе имеется перерегулирование, которое в некоторых случаях может оказаться недопустимым. Выбрав соответ­ствующий орган отрицательной обратной связи, можно получить харак­теристику с апериодическим изменением регулируемой величи­ны (рис. 1.4, б). Она характеризуется монотонным изменением регу­лируемой величины.

Одним из показателей качества регулирования является быстродейст­вие системы регулирования. Быстродействие определяется временем переходного процесса, отсчитываемым от начала возмущения до момен­та, когда отклонение регулируемой величины от установившегося значе­ния не превышает некоторой достаточно малой величины. Быстродейст­вие системы регулирования, настроенной на периодическую характе­ристику, несмотря на колебательность переходного процесса обычно вы­ше быстродействия апериодически настроенной системы регулирования.

При неправильно настроенных элементах регулятора система регули­рования может оказаться неустойчивой, когда любое незначительное воз­мущение приводит к незатухающему колебательному процессу (рис. 1.4, в).