Интегральный (и) регулятор (рис.III.3)

Он перемещает РО пропорционально интегралу от сигнала рассогласования.

Уравнение регулятора (в операторной форме)

.

Таким образом, в динамическом отношении И-регулятор подобен интегрирующему звену. Параметр настройки И-регулятора k_р1 – коэффициент пропорциональности – характеризует зависимость скорости перемещения регулирующего органа от значения отклонения регулируемого параметра.

Структурная схема серийного И-регулятора показана на рис.III.3. Передаточные функции элементов схемы определяются следующими выражениями

, , . (III.2)

После подстановки в формулу (III.3) значений ПФ из формулы (III.2), деления числителя и знаменателя на k и отбрасывания за малостью 1/k получаем ПФ И-регулятора (T_и – постоянная времени ИМ, величина, обратная k_p1)

. (III.3)

И-регуляторы поддерживают параметр без его отклонений, однако могут устойчиво работать только на объектах, имеющих значительное самовыравнивание.

Пропорционально-дифференциальный (пд) регулятор

Он перемещает РО на значение х, пропорциональное сумме отклонения и скорости (дифференциала) отклонения регулируемой величины у(р).

Уравнение регулятора (в операторной форме):

.

Таким образом, в динамическом отношении ПД-регулятор подобен системе из двух параллельно включенных звеньев: безынерционного с коэффициентом пропорциональности k_р и дифференциального с коэффициентом кр Тл.

Пропорционально-интегральный (пи) регулятор

Он перемещает РО на величину х, пропорциональную сумме отклонения и интеграла от отклонения регулируемой величины у.

Уравнение регулятора (в операторной форме):

.

Таким образом, в динамическом отношении ПИ-регулятор подобен системе из двух параллельно включенных регуляторов: пропорционального с коэффициентом пропорциональности k_р и интегрального с коэффициентом пропорциональности k_р/Т_и. Отсюда следует, что у ПИ-регулятора два параметра настройки: коэффициент пропорциональности k_р и время удвоения Т_и. При этом Т_и, как следует из табл.III.6, может быть определено как время, за которое выходной сигнал регулятора х изменяется от k_р до 2k_р, т. е. удваивается.

Структурная схема ПИ-регулятора показана на рис.III.4 в двух вариантах: с охватом и без охвата ИМ отрицательной ОС.

В первом варианте (рис.III.4.а) устройство ОС должно иметь характеристику реального дифференцирующего звена

.

где k_д и Т_д – коэффициент усиления и постоянная времени дифференцирующего звена.

Тогда, как было отмечено ранее, при достаточно большом коэффициенте усиления W_yc(р) ПФ регулятора

или

если принять Т_д = Т_и и k_p = 1/k_д.

Таким образом, в первом варианте исполнения регулятора ПФ исполнительного механизма не влияет на формирование закона регулирования, который полностью определяется характеристикой устройства ОС. В серийных ПИ-регуляторах этого типа в качестве ОС используют различные электрические, пневматические или гидравлические устройства – аналоги реально дифференцирующего звена. Такую ОС называют упругой (гибкой).

а)

б)

Рис.III.4. Структурные схемы ПИ-регулятора с охватом (я) и без охвата (б) ИМ цепью отрицательной обратной связи: 1 – усилитель; 2 – исполнительный механизм; 3 – обратная связь.

Во втором варианте исполнения ПИ-регулятора (рис.III.4.б) возможны два случая, когда исполнительный механизм имеет характеристику интегрирующего или пропорционального звена.

В обоих случаях при достаточно большом коэффициенте усиления W_yc(р) имеем

.

Если , а ОС выполнена в виде апериодического звена 1-го порядка , то получаем ПФ ПИ-регулятора:

.

где оба параметра настройки k_p = 1/k_ОС и T_и = Т_ОС также определяются параметрами узла ОС.

Если у ИМ характеристика пропорционального звена, то для реализации ПИ-регулятором закона регулирования звено ОС должно иметь характеристику реального дифференцирующего звена.

При увеличении постоянной времени T_и такой ПИ-регулятор превращается в П-регулятор, а устройство ОС – в безынерционное звено.

В большинстве серийно выпускаемых электрических регуляторов, использующих ИМ с постоянной скоростью перемещения и имеющих структурную схему (рис.III.4.б), в качестве второй ступени усиления используют трехпозиционный релейный элемент. Такой принцип реализован в большом числе регуляторов, используемых в сельскохозяйственном производстве (Р-25, РС-29, РП-4 и др.).

ПИ-регуляторы, отличаясь простотой конструкции, обеспечивают высокое качество стабилизации параметра независимо от нагрузки объекта.