Основные показатели качества процесса регулирования.

Переходные процессы в промышленных САР должны иметь определенный характер, диктуемый правилами технологии производства. Для оценки поведения САР в установившихся и переходных режимах используются показатели процесса качества регулирования. Они представляют собой динамические характеристики свойств системы при типовых воздействиях на нее.

рис 1

рис. 2

Переходный процесс по задающему воздействию Переходные процессы по возмущающему воздействию в статической (б) и астатической (в) системах в статической (б) и астатической (в) системах.

На рис 1 представлены типичные переходные процессы в системе автоматического регулирования при ступенчатом изменении (рис 1 (а)) задающего воздействия на регулятор (переходные процессы по управляющему воздействию). Рис 1(б) соответствует статической системе, принципиально имеющей ошибку регулирования в установившемся режиме. Астатические САР за счет наличия интегрирующих звеньев теоретически не имеют статической ошибки отработки ступенчатого сигнала (рис 1(в)). Аналогично на рис 2 представлены типичные переходные процессы в САР при ступенчатом изменении возмущающего воздействия на систему. В этом случае. поскольку задающее воздействие на систему не меняется, регулируемая величина возвращается с некоторой точностью к заданному значению.

_1. Установившаяся ошибкаΔ- характеризует отклонение установившегося значения регулируемой величины от заданного значения в конце переходного процесса. В общем случае установившаяся ошибка складывается из статической ошибки системы ΔX_ст и ошибки , обусловленной наличием зоны нечувствительности регулятора Δнеч. Для астатических систем ΔX_ст=0.

_2. Максимальное динамическое отклонение регулируемой величиныΔX_дин. Это наибольшее отклонение регулируемой величины от заданного значения, которое имеет место в переходном процессе при ступенчатом воздействии на систему. Иногда называется забросом регулируемой величины. Имеет важное значение в тех случаях, когда по технологическим условиям недостаточно даже временно, значительное отклонение регулируемой величины от заданного значения.

_3. Перерегулированиеδ – характеризует колебательность переходного процесса в системе при ступенчатом воздействии. Обычно выражается в процентах. Для переходных процессов по управляющему воздействию перерегулирование вычисляется: δ=(ΔX_max – ΔX(∞))*100%/ΔX(∞) Для переходного процесса по возмущению перерегулирование вычисляется как отношение амплитуды А₂ второго полупериода отклонения регулируемой величины к амплитуде А₁ первого полупериода. δ=А₂/А_1­*100%

_4. Время регулирования или время переходного процесса.Теоретически переходный процесс в САР после приложения воздействия продолжается бесконечно. Для практической оценки за длительностью переходного процесса регулирования принято считать отрезок времени t_p ,по истечении которого отклонение регулируемой величины от нового установившегося значения не будет превышать некоторого значения ε. Для переходного процесса по управлению ε=0.05ΔX(∞)Для переходного процесса по возмущению ε=0.05A₁.Время регулирования определяется графически (рис 3)

Рис 3 Определение времени регулирования

Время регулирования характеризует быстродействие системы автоматического регулирования.

5.Степень колебательности переходного процесса m равна числу колебаний за время регулирования t_p Большая степень колебательности приводит к износу механизмов и нежелательна по техническим соображениям. В правильно спроектированной и настроенной САР степень колебательности равна 2..3.

6.Степень затухания переходного процесса ψ показывает насколько уменьшится амплитуда колебании регулируемой величины за время одного периода. Она определяется как отношение разности двух соседних одноименных амплитуд колебаний регулируемой величины к первой из этих амплитуд. ψ=A₁-A₃/A₁.

Выбор автоматических регуляторов.

Регулятор предназначенный для конкретной системы автоматического регулирования должен обеспечивать точность поддержания значения управляемых технологических параметров при оптимизации критерия качества процесса регулирования (показатели качества) устойчивости работы системы , а так же должен быть экономически эффективным и надежным в эксплуатации .

Проектирование САУ ведут в следующей последовательности:

1)Составляют упрощенную технологическую схему объекта регулирования. Изучают технологический регламент и анализируют показатели нормального функционирования объекта.

2) Выбирают основную регулируемую величину, исходя из использования одноконтурной замкнутой автоматической системы, и формируют цель регулирования. Определяют допустимые значения статистических и динамических отклонений от заданного значения. Затем выбирают регулирующее воздействие. Выбранная в качестве регулирующей входная величина должна следующим требованиям : а) степень регулирующего воздействия должна быть достаточной для получения необходимой точности регулирования б) статистические характеристики объекта регулирования должны быть предварительно изучены и по возможности линеализированны в) должны быть проанализированы запаздывания в передаче управляющего сигнала. Если отсутствуют надежные первичные измерительные преобразователи для получения информации о регулируемой величине, то используют принцип управления по возмущениям. В этом случае чаще всего управление процесса осуществляется регулятором соотношения вещества или энергии, являющихся нагрузкой объекта.

3) Составляют упрощенную структурную схему системы.

4) Выбирают измерительный преобразователь и регулирующий орган.

5)Определяют динамические параметры объекта регулирования.

6) Определяют характер и значение возмущающих воздействий, которые испытывает объект (скачкообразное, пиковое или монотонно-нарастающее).

7)Предварительно выбирают закон регулирования. Импульсные или релейные регуляторы позиционного действия выбирают в том случае, когда информация о состоянии регулируемого объекта поступает непрерывно, регулирующее воздействие осуществляется только в дискретные моменты времени. Во всех остальных случаях используют непрерывные законы регулирования.

8)Устанавливают требуемые или заданные показатели качества регулирования, используя прежде всего данные технологического регламента, причем процесс регулирования в случае применения релейных регуляторов будет автоколебательным, а в случае применения непрерывных регуляторов – затухающим.

9)Проверяют пригодность выбранного типа регулируемого воздействия, сравнивая заданное значение показателей качества процесса регулирования с их фактическими значениями. последние определяют по таблицам или по монограммам в зависимости от значений динамических параметров объекта и возбуждений по нагрузке. Если выбранный тип регулирующего воздействия можно регулировать с помощью нескольких законов регулирования, то параллельно выбирают оптимальный закон регулирования. При этом с точки зрения экономической эффективности и надежности выбирают самый простой из законов регулирования, обеспечивающий качество регулирования.

10)Анализируя возможность улучшения динамических свойств системы за счет применения менее инерциальных исполнительных механизмов, а также за счет изменения места установки регулирующих органов.

11)Осуществляют аппаратную реализацию САР выбирают автоматический регулятор, исполнительный механизм, регулирующий орган, таким образом выбор прибора автоматического регулирования проводят начиная с одноконтурной системы регулирования и простейшего закона регулирования. Закон регулирования усложняют до тех пор, пока не будут достигнуты требуемы показатели качества регулирования.