Терминология и характеристики построения систем автоматического регулирования

Основная терминология, применяемая при изложении вопросов автоматического регулирования, охватывает следующие понятия и определения.

Регулируемым параметром или регулируемой величиной называют технологический параметр, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону. Значение регулируемой величины, которое согласно заданию должно быть в данный момент времени, называют заданным значением регулируемой величины. Действительное же значение регулируемой величины в данный момент времени называют текущим значением регулируемой величины.

Рассогласованием или ошибкой регулируемой величины называют разность между ее заданным и текущим значением.

Возмущающим воздействием называют параметр, изменение которого нарушает нормальный ход процесса, вызывая отклонение регулируемого параметра от заданного значения.

Технологический агрегат или процесс, о котором необходимо осуществлять регулирование того или иного параметра, называют объектом регулирования.

Автоматическим регулятором называют устройство или комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения регулируемой величины или изменение ее по определенному закону.

Совокупность автоматического регулятора и регулируемого объекта, взаимодействующих между собой, составляет систему автоматического регулирования.

При анализе систем автоматического регулирования обычно используют не принципиальную схему САР, а ее функциональную блок-схему (рис. 4). В общем случае система автоматического регулировании состоит из следующих элементов: объекта регулирования OP, измерительного устройства ИУ, задающего устройства, элемента сравнения ЭС, усилителя У. преобразовательного элемента ПЭ, исполнительного механизма ИМ и регулирующего органа PO.

Задающее устройство оказывает управляющее (задающее) воздействие на вход системы. Управляющее воздействие может бить постоянной заданной величиной при необходимости поддержании постоянного значения регулируемой величины или же изменяться но определенному закону, если в технологическом процессе по этому закону должна изменяться регулируемая величина.

Измеренное при помощи измерительного устройства НУ действительное значение регулируемого параметра х поступает на элемент сравнения ЭС, где сравнивается с заданным значением регулируемого параметра хэд. Под действием возмущающего воздействия х, регулируемый параметр х отклоняется от своего заданного значения и возникает ошибка Ax = хэд-х. Сигнал рассогласования Ax усиливается усилителем У и поступает на преобразовательный элемент ПЭ. Преобразованный по определенному закону сигнал поступает на исполнительный механизм ИМ, который приводит в движение регулирующий орган PO. Регулирующий орган изменяет приток вещества или энергии в процесс, осуществляя тем самым регулирующее воздействие на объект. В результате нарушенное равновесие восстанавливается и регулируемая величина возвращается к заданному значению.

Таким образом, система автоматического регулирования может находиться в двух существенно различных состояниях: в установившемся стационарном (статическом) состоянии. характеризующемся равенством или балансом приходов и расходов энергии и вещества в объекте регулирования; в неустановившемся переходном (динамическом) состоянии, характеризующимся нарушением этих балансов.

Каждый элемент системы автоматического регулирования обладает своими свойствами. Изменяя свойства элементов САР. можно соответствующим образом изменять свойства системы в целом. Состояние любого элемента CAP характеризуется входными и выходными параметрами.

Для всех элементов CAP характерно следующее важное свойство: воздействия через элементы передаются только в одном направлении: от входа к выходу, но не наоборот, т. е. они обладают свойством детектирования. Так как отдельные элементы в системе связаны между собой и воздействия передаются только в одном направлении, то выход одного элемента является входом последующего и т.д. Очевидно, что входной величиной регулятора является регулируемый параметр, а его выходной величиной — регулирующее воздействие на объект. Входной величиной объекта является регулирующее воздействие регулятора, а его выходом — регулируемый параметр.

Состояние системы автоматического регулировании и целом характеризуется регулируемым параметром. CAP изменяет свое состояние в результате входных воздействий. Входными параметрами для CAP являются заданное значение регулируемого параметра и несколько параметров характеризующих возмущающие воздействии. Таким образом, у системы автоматического регулирования имеются два принципиально различных входа: со стороны управляющего воздействия и со стороны возмущающих воздействий и один выход — изменение регулируемого параметра.

Зависимости, описывающие связи между входом и выходом элементов (системы) называют характеристиками элементов (системы). При исследовании свойств системы автоматического регулирования основной задачей является определение статических и динамических характеристик отдельных элементов и системы в целом.

Статической характеристикой называют связь между входными и выходными параметрами в установившемся состоянии. По этой характеристике можно определить значение выходного параметра данного элемента при заданном установившемся значении входного параметра.

Динамической характеристикой называют связь между входными и выходными параметрами, которая описывает движение элемента при переходе из одного установившегося состоянии и другое. По этой характеристике можно определить, как будет изменяться выходной параметр во времени в результате определенного изменения входного параметра. Поскольку CAP является динамической системой, знание ее динамических свойств является особенно важным.