Serwis urządzeń kontrolno-pomiarowych

Typowe charakterystyki regulatorów

Kwiecień 21st, 2011

Własności regulatorów dopasowuje się do obiektu regulowanego oraz częstotliwości i wielkości zaburzeń, jakie wpływają na regulowany parametr. Produkuje się kilka podstawowych typów regulatorów, różniących się zasadniczo pod względem własności regulacyjnych, a mianowicie:

a)            regulatory proporcjonalne oznaczone symbolem P

b)           regulatory całkujące oznaczone symbolem I

c)            regulatory proporcjonalno-całkujące oznaczone symbolem PI

d)           regulatory proporcjonalno-różniczkujące oznaczone symbolem PD

e)           regulatory proporcjonalno-całkująco-różniczkujące oznaczone symbolem PID.

Własności i zakres zastosowań regulatorów P. Po pojawieniu się odchyłki regulacji AX na wejściu regulatora P, współpracujący z nim organ wykonawczy doprowadzi do regulowanego procesu sygnał AY, proporcjonalny do tej odchyłki.

Jeżeli regulator pracuje niestabilnie, zwiększyć należy nastawienie zakresu proporcjonalności. Regulatory typu P nie wyrównują w zupełności powstałego w obwodzie regulacyjnym zaburzenia, lecz pozostawiają pewną trwałą odchyłkę parametru regulowanego, tzw. błąd statyczny, który jest tym większy, im większy jest zakres proporcjonalności xp. Nastawienie zbyt małego xp powoduje niestabilną pracę regulatora, podobną do dwupołożeniowej. Własności te ograniczają zastosowanie regulatorów P do takich przypadków, gdzie występujące zaburzenia są niezbyt wielkie, trwały błąd jest dopuszczalny, a obiekt regulowany nie wprowadza do obwodu opóźnień, a w szczególności czasu martwego.

Własności i zakres zastosowań regulatorów I. Po pojawieniu się odchyłki regulacji AX na wejściu regulatora I, współpracujący z nim organ wykonawczy doprowadzi do regulowanego procesu sygnał AY proporcjonalny do tej odchyłki i do czasu trwania odchyłki. Znamienną cechą tego typu regulatorów jest to, że sprowadzają one odchyłkę regulacji do zera, nie pozostawiając trwałego błędu. Jeżeli regulator pracuje niestabilnie, należy zmniejszyć współczynnik k2, czyli prędkość poruszania się organu wykonawczego. Regulatory typu I dobrze pracują w układach regulacji przepływu, ciśnienia i innych, gdzie nie ma zbyt wielkich opóźnień w obwodzie. Nie nadają się one natomiast do regulacji temperatury i poziomu w zbiornikach o dużej pojemności, wykazując tendencję do niestabilności.

Podkreślić należy, że jeżeli jeden element w urządzeniu regulacyjnym ma charakterystykę całkującą (tzn. sygnał wyjściowy jest iloczynem sygnału wejściowego i czasu), to choć wszystkie pozostałe mają charakterystykę proporcjonalną — cały układ jest całkujący. Należy się ” wystrzegać dwu elementów całkujących w obwodzie regulacyjnym, ponieważ wywołuje to niestabilność. Typowym elementem całkującym jest silnik elektryczny, jeżeli sygnałem wejściowym jest napięcie, prąd lub moc elektryczna, a wyjściowym kąt obrotu (nie prędkość obrotowa). Przykładem może być licznik energii elektrycznej, gdzie sygnałem wejściowym jest moc, a wyjściowym iloczyn mocy i czasu, czyli ilość zużytej energii.

Własności i zakres zastosowań regulatorów PI. Własności regulatora PI odpowiadają sumie działania dwóch regulatorów: Pil, tzn. po pojawieniu się odchyłki regulacji AZ na wejściu regulatora PI, współpracujący z nim organ wykonawczy doprowadzi do procesu regulowanego sygnał gdzie kj i k2 są nastawnymi współczynnikami. Prędkość poruszania się organu wykonawczego jest więc w pierwszym momencie duża (dla idealnego regulatora, gdy zaburzenie na wejściu ma charakter skoku, organ wykonawczy również skokiem zmieni swoje położenie), następnie mniejsza, stopniowo wyrównująca pozostałą odchyłkę regulacyjną.

Udział składowej proporcjonalnej i całkowej (kt i k2) dopasowuje się tak, by proces regulacji był najodpowiedniejszy. W praktyce do określania udziału składowej całkującej używa się terminu „czas zdwajania”, oznaczonego zazwyczaj symbolem T„. Czas zdwajania jest to czas, po którym organ wykonawczy regulatora PI pobudzony skokowym zaburzeniem nastawi wartość wykonawczą, równą dwukrotnej wartości nastawienia pochodzącego od składowej proporcjonalnej. Regulatory PI nadają się praktycznie do wszystkich zadań regulacyjnych i łączą w sobie zalety regulatorów proporcjonalnych i całkujących. Mogą służyć do regulacji temperatur i innych parametrów, w procesach z opóźnieniami i czasem martwym dając regulację stabilną.

Własności i zakres zastosowań regulatorów PID i PD. W regulacji procesów, w których są opóźnienia i czas martwy, gdy zaburzenia docierające do procesu mają charakter szybkich zmian, przebiegi regulacyjne uzyskiwane za pomocą regulatorów PI mogą okazać się nie dość dobre. Dobroć regulacji można poprawić przez zastosowanie regulatorów PID, które po pojawieniu się na wejściu odchyłki regulacji AX, uruchamiają organ wykonawczy w taki sposób, że sygnał doprowadzony do procesu jest: W pierwszym momencie po pojawieniu się odchyłki organ wykonawczy wykona ruch proporcjonalny do wielkości tej odchyłki i od prędkości jej narastania; następnie jeżeli odchyłka nie zmienia się, tj. gdy^-—O, organ wykonawczy cofa się do położenia jakie by w tym momencie zajął, gdyby regulator był regulatorem PI. Stąd w praktyce udział składowej różniczkowej określa się terminem „czas cofania”, oznaczanym zazwyczaj Tv. Do określenia pojęcia czasu cofania najlepiej jest przyjąć, że na wejściu regulatora PD pojawiło się zaburzenie narastające jednostajnie (o stałej prędkości narastania)

Wielkość wykonawcza wyniesie wtedy i przebieg jej będzie podobny do odpowiedzi regulatora PI na skokowe zaburzenie. Czas cofania będzie to czas równy temu, w którym wg zależności [9] wielkość wykonawcza osiągnie wartość równą podwójnej wartości początkowej, powstałej działaniem części różniczkującej. Udział składowej różniczkowej D nadaje urządzeniu regulacyjnemu własności „przewidywania”. Jeżeli bowiem odchyłka regulacji zaczyna narastać ze znaczną prędkością, istnieje duże prawdopodobieństwo, że przyjmie ona większą wartość niż gdyby narastała powoli. Regulator zawczasu więc nastawia nieco większą wartość wielkości wykonawczej, odpowiednio do szybkości narastania odchyłki i udziału składowej D.

Regulatory PD są rzadko używane. Stosuje się je przeważnie tam, gdzie udział składowej całkowicie jest niecelowy. Większe zastosowanie znajdują regulatory PID, które stanowią najwyższą klasę seryjnie produkowanych regulatorów przemysłowych. W pewnych przypadkach lepsze przebiegi regulacyjne niż przy użyciu regulatorów PID można uzyskać wprowadzając na wejście regulatora sygnał pochodzący bezpośrednio od głównego zaburzenia, co stanowi kombinację układu sterowania i regulacji, określoną symbolem PZ.

Tags: , ,

Comments are closed.