Регулятор может быть упрощенно изображен следующим образом:
Элемент сравнения и функция регулятора описывают поведение регулятора.
Далее описываются наиболее важные типы регуляторов. Переходная характеристика регулятора в значительной степени определяет его поведение. Переходная характеристика описывает то, как регулятор реагирует на хаотическое изменение значения технологической переменной.
Существует 3 основных типа регуляторов:
Регулятор пропорционального действия (П-регулятор)
Регулятор интегрального действия (И-регулятор)
Регулятор дифференциального действия (Д-регулятор – он здесь не рассматривается)
Они комбинируются и образуют реальный регулятор. В частности, ПИ-регулятор:
П-регулятор
Регулятор пропорционального действия (П-регулятор) изменяет регулируемую переменную M пропорционально ошибке контура. Регулятор П-типа срабатывает немедленно. Сам по себе он не может сделать ошибку контура равной нулю.
MPn = kP × en
MPn: Регулируемая переменная П-регулятора в момент времени n
kP: Усиление П-регулятора
en: Ошибка контура в момент времени n
На приведенном ниже рисунке показано резкое изменение значения технологического процесса и переходная характеристика регулятора.
Резюме
П-регулятор обладает следующими характеристиками:
Он не может корректировать ошибки в процессе управления > остаточная ошибка контура.
Он немедленно реагирует на изменение значения технологического процесса.
Он является стабильным.
И-регулятор
Регулятор интегрального действия (И-регулятор) изменяет регулируемую переменную M пропорционально ошибке контура и времени. И-регулятор работает с задержкой. Он полностью устраняет ошибку контура.
Для того, чтобы рассчитать регулируемую переменную для значения времени n, время до этого периода должно быть разделено на небольшие отрезки времени. Ошибки контура на конец каждого отрезка времени должны быть просуммированы (проинтегрированы) и включены в расчет.
MIn = kI × (TS / TI) × (en + en-1 + en-2 + en-3 + … + e0) = kI × (TS / TI) × en + MIn-1
MIn: Регулируемая переменная И-регулятора в момент времени n
MIn-1: Регулируемая переменная И-регулятора в момент времени n-1; также называемая интегральной суммой
kI: Усиление И-регулятора
TS: Время выборки, продолжительность отрезка времени
TI: Интеграл по времени: при помощи этого времени, известного также как время интегрального воздействия, производится воздействие интегральной части на регулируемую переменную
en: Ошибка контура в момент времени n
en-1: Ошибка контура в момент времени n-1; и т.д.
e0: Ошибка контура в момент начала расчетов
На приведенном ниже рисунке показано резкое изменение значения технологического процесса и переходная характеристика регулятора.
Резюме
И-регулятор обладает следующими характеристиками:
Он устанавливает значение технологического процесса в точности равным заданному значению переменной.
При этом он имеет тенденцию к колебаниям и является нестабильным.
Он требует больше времени для выполнения функции управления по сравнению с П-регулятором.
ПИ-регулятор
ПИ-регулятор немедленно сокращает ошибку контура и способен довести ошибку контура до нуля.
Mn = MPn + MIn = kP × en + kI × (TS / TI) × en + MIn-1
Mn: Регулируемая переменная в момент времени n
MPn: Пропорциональная часть регулируемой переменной
MIn: Интегральная часть регулируемой переменной
MIn-1: Регулируемая переменная И-регулятора в момент времени n-1; также называемая интегральной суммой
kP: Усиление П-регулятора
kI: Усиление И-регулятора
TS: Время выборки, продолжительность отрезка времени
TI: Интегральное время; при помощи этого времени, известного также как время интегрального воздействия, производится воздействие интегральной части на регулируемую переменную
en: Ошибка контура в момент времени n
На приведенном ниже рисунке показано резкое изменение значения технологического процесса и переходная характеристика регулятора.
Резюме
ПИ-регулятор обладает следующими характеристиками:
Элементы П-регулятора быстро обнаруживают возникающую ошибку контура.
Элементы И-регулятора могут затем устранить остаток ошибку контура.
Элементы регулятора дополняют друг друга и поэтому ПИ-регулятор действует быстро и точно.