Пропорционально-интегральный закон (ПИ-закон) регулирования объединяет
достоинства пропорционального и интегрального регуляторов:
быстродействие и
устойчивость пропорционального и равенство нулю статической ошибки
интегрального. Конструктивной особенностью ПИ-регулятора является
наличие гибкой (исчезающей) обратной связи, которая реализует
интегральную составляющую изодромного закона регулирования.
ПИ-закон регулирования позволяет поддерживать постоянное значение
регулируемой величины, не зависящей от величины нагрузки объекта.
У ПИ-регулятора при внесении на вход возмущения вначале отрабатывается
пропорциональная составляющая, а затем интегральная составляющая
перемещает исполнительный механизм в новое положение и тем самым
ликвидирует статическую ошибку регулирования. Время, за которое
исполнительный механизм при отработке И-составляющей пройдет тот же
путь, что и при отработке пропорциональной составляющей, называется
временем изодрома (удвоения).
К параметрам динамической настройки изодромного ПИ-регулятора относят
время изодрома и зону пропорциональности.
Характер оптимального использования П- и И-составляющих изодромного
регулятора зависит от поведения объекта регулирования. Если в системе
возникают длительные возмущения воздействия, то следует применить
регулятор с достаточно большой И-составляющей, чтобы в кратчайшее время
устранить отклонение регулируемой величины. Если возмущающие воздействия
кратковременны (вида импульса), то их устраняет П-составляющая
регулятора (И-составляющая при этом невелика).
Оптимальные значения динамической настройки ПИ-регулятора определяют
методом вывода системы на границу устойчивости. Метод определения
значения периода критических колебаний и критической зоны
неравномерности (пропорциональности) тот же, что и для П-регулятора
(органами настройки во время испытания также устанавливают возможно
большее значение времени изодрома).
Для апериодического переходного процесса
регулирования следует установить положение ручки чувствительности по
каналу обратной связи на деление в 3 раза большее, чем полученное в
результате испытания, а время изодрома установить равным периоду
колебаний на границе устойчивости.
При нелинейной зависимости между положением ручки чувствительности по
каналу обратной связи и значением зоны пропорциональности применяют тот
же метод практической настройки, что и для П-регулятора.
В некоторых случаях, когда трудно снять граничный автоколебательный
процесс регулирования, при настройке регулятора целесообразно
пользоваться методом «задатчика». Метод получил такое название, потому
что возмущения наносят задатчиком.
Этот метод обычно применяют при настройке регуляторов, работающих,
например, в пульсирующем режиме. Пульсация параметра затрудняет вывод
такой системы на границу устойчивости.
На действующем котле целесообразно сначала уточнить средние
эксплуатационные возмущения, которые необходимо оценить в делениях
задатчика, и взять в качестве исходных при настройке данным методом.
Обычно эти возмущения соответствуют 3...4 зонам нечувствительности.
При установившемся режиме, когда положение регулирующего органа
соответствует наибольшей крутизне его рабочей характеристики, наносят
перемещением регулирующего органа выбранное возмущение и одновременно
включают секундомер.
В момент срабатывания регулятора, о чем можно судить по загоранию
сигнальной лампочки, фиксируют время по секундомеру. Испытания повторяют
несколько раэ и за исходное принимают среднее время, полученное в ходе
измерения.
Время изодрома, близкое к оптимальному, на объектах без самовыравнивания
будет равно пяти значениям времени,полученному в ходе испытания.
Положение ручки настройки по каналу обратной связи подбирают после
установки расчетного времени изодрома таким образом, чтобы внесенное
возмущение компенсировалось регулятором за минимальное число включений,
в оптимальном случае -за одно включение сигнальной лампочки.
Гели регулирующий орган за первое включение не компенсирует возмущения,
то уменьшают величину чувствительности датчика жесткой обратной связи.
Если же перемещение регулирующего органа превышает необходимое для
компенсации возмущение, то чувствительность увеличивают. При этом должно
быть установлено расчетное время изодрома.
В этом случае достигают максимально возможное быстродействие при
минимальном числе срабатываний аппаратуры.
Для проверки установленного времени изодрома проводят следующие
операции.
Ручку чувствительности по регулируемому параметру
устанавливают на «О».
При работе регулятора на автоматическом режиме задатчиком наносят
значительное возмущение (на регуляторе «Кристалл» равно примерно целому
делению).
Изменяют ход, пройденный штоком регулирующего клапана за первое
включение регулятора, а затем измеряют время, необходимое регулятору для
прохождения такого же расстояния за последующие включения
исполнительного механизма в пульсирующем режиме. Это время должно
соответствовать установленному времени изодрома, что вытекает из
принципа работы обратной связи ПИ-регулятора, то есть перемещение от
интегральной составляющей, равной пропорциональной составляющей,
определяет время изодрома (удвоения) регулятора.
При испытании регулятора под нагрузкой предусматривают, чтобы он был
испытан на максимально возможные по технологическим условиям скачки
нагрузок во всем регулируемом диапазоне.
Регулятор должен работать устойчиво, не превышая заданного диапазона
колебаний регулируемого параметра.
В протокол наладки регулятора заносят положения ручек настройки и
прикладывают график переходною процесса.
Выше приводилась методика настройки ПИ-регулятора системы «Кристалл»,
где изодромное устройство связано непосредственно с исполнительным
механизмом.
В регуляторе Р25 формулирование ПИ-закоиа регулирования может быть
реализовано в самом приборе. Для этого используют соответствующие ручки
настройки. Отличие состоит в том, что при выборе зоны пропорциональности
нужно пользоваться потенциометром Кп-63.
Следует иметь в виду, что шкала потенциометра Кп-63 оцифрована для
времени полного хода исполнительного механизма, равного 63 с.
Следует учесть также, что на коэффициент
пропорциональности регулятора Кр влияют коэффициент масштабирования
измерительной схемы (чувствительность по каналу регулируемого параметра)
Ki, коэффициент передачи регулирующего органа (крутизна характеристики
Кро и коэффициент передачи измерительного преобразователя Кд.
Если требуемая величина будет меньше 0,5, следует
уменьшить коэффициент масштабирования.
Демпфирование сигнала измерительной схемы сглаживает пульсации,
подавляет помехи и защищает прибор от преждевременного включения.
Установка постоянной времени, равной 2..,5 с, всегда желательна.
Исключением является случай очень малых постоянных времени объекта
регулирования (порядка нескольких секунд), когда введение дополнительной
постоянной времени демпфера существенно влияет на устойчивость замкнутой
системы регулирования. В этом случае допустимую величину постоянной
времени демпфирования определяют экспериментально.
Величину установленной постоянной времени демпфера проверяют путем
измерения времени между подачей входного сигнала и изменением состояния
выходов прибора. Для этого после балансировки прибора ручку
потенциометра «Зона» устанавливают п крайне правое положение, ручку
потенциометра «Задатчик» поворачивают на 2 % относительно положения
баланса и измеряют время между поворотом ручки и включением индикатора
«Выход» (или включением исполнительного механизма). Это время должно
быть приблизительно равно установленной постоянной времени
демпфирования.
Длительность импульсов устанавливают после выбора остальных параметров
настройки, потому что эффект от ее воздействия существенно зависит от
положения основных органов настройки.
При выборе величины длительности импульсов следует стремиться к
максимальному быстродействию при минимальном числе включения регулятора,
Уменьшение длительности импульсов повышает точность работы регулятора,
но одновременно увеличивает число включений (снижается быстродействие).
Увеличение длительности импульсов снижает устойчивость системы
регулирования.
При наличии существенных люфтов в сочленениях и выбегов сервомотора
малые длительности импульсов устанавливать нецелесообразно.
Таким образом, уменьшение времени регулирования' достигают увеличением
времени изодрома и степени связи.
Значение первоначального отклонения параметра от нормального должно быть
как можно меньше. Уменьшение первоначального отклонения параметра
обеспечивают уменьшением времени изодрома и степени связи, то есть для
достижения минимального времени регулирования требуется увеличение, а
для достижения минимального отклонения—уменьшение основных параметров
динамической настройкн регулятора (времени изодрома и зоны
пропорциональности).
Для удовлетворения обоих критериев качества настройки необходимо найти
оптимальное значение настройки, которое определяют по степени затухания
процесса регулирования (см. рис. 22).
Оптимальным значением степени затухания для систем автоматического
регулирования тепловых процессов считается 0,8...1,05 (последнее число
получают при апериодическом переходном процессе).
Возможны следующие случаи неправильной динамической настройки
ПИ-регулятора.
Регулятор отрабатывает возмущение за несколько включений, медленно
подводя регулирующий орган к новому значению, значит, регулятор работает
при излишне большой степени связи (малом коэффициенте пропорциональности
регулятора).
Единичное возмущение регулятор отрабатывает за несколько включений с
перерегулированием (регулирующий орган перемещается дальше требуемого
значения-и затем постепенно к нему возвращается), значит ПИ-регулятор
работает при малом времени нзодрома.