Регуляторы, отрабатывающие И-закон регулирования

Регуляторы, отрабатывающие И-закон регулирования, называются интегральными (И-регуляторами). У них регулирующее воздействие х_Р пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины, т. е.

где Г_Р — постоянная времени регулятора, являющаяся параметром его настройки.

Передаточная функция интегрального регулятора:

Принцип действия интегрального регулятора (рис. 4.3) прямого действия заключается в следующем. Эластичная мембрана 1, опирающаяся на тонкий металлический диск со штоком 5, измеряет давление р, создаваемое в подмембранной камере при подаче газа из трубопровода 10 через отверстие 3 посредством сравнения с силой тяжести грузов 2. При увеличении указанного давления мембрана 1 вместе с металлическим диском со штоком 5 поднимается вверх, преодолевая силу тяжести грузов 2, и тянет за собой рычаг 6, который, поворачиваясь на оси 7, клапаном 4 уменьшает сечение отверстия 3, уменьшая подачу газа из трубопровода. В результате давление р в трубопроводе 11 уменьшается. При уменьшения давления р мембрана, соответственно, опускается вниз, сечение отверстия 3 увеличивается и приток газа из трубопровода 10 увеличивается, что увеличивает само давление р. При неизменном давлении р мембрана и грузы находятся в равновесии. В камере над мембраной, закрытой крышкой 5, происходит сжатие воздуха. Чтобы исключить влияние этого сжатия на процесс указанного выше измерения, в крышке 8 имеется трубка 9 с дросселем 12, соединяющая эту камеру с атмосферой.

Рис. 4.3. Схемы интегрального регулятора давления.

Выведем уравнение интегрального регулятора. Обозначим через/_х силу, создаваемую давлением р, действующим на площадь мембраны 5_М, т. е. /_х = = р5_м. Силу тяжести грузов обозначим через /₂. В равновесном состоянии /, =/₂, или рт_м =/₂, откуда.

В правой части уравнения (4.6) стоят практически неизменные величины, поэтому регулятор будет находиться в равновесном состоянии только при одном значении регулируемого давления, равном заданному. При других значениях давления затвор регулирующего органа будет находиться в движении и остановится в одном из крайних положений. Этим объясняется другое название регулятора — астатический. Заданное значение давления можно изменять изменением массы грузов, находящихся над мембраной.

Рис. 4.4. Временная характеристика интегрального регулятора.

Если входная величина изменяется скачком, то временная характеристика регулятора будет иметь вид прямой линии (рис. 4.4).

В динамическом отклонении интегральный регулятор представляет интегрирующее звено.

Применение И-регулятора сказывается не только на общем коэффициенте усиления системы, но также и на порядке характеристического уравнения, увеличивая его, что значительно осложняет условия устойчивости системы. Если при работе системы величина возмущающего воздействия изменится скачком, то в системе с И-регулятором выходная величина достигает нового равновесного состояния без ошибки. Поэтому, если по условиям технологии процесса статическая ошибка недопустима, необходимо ввести в закон регулирования регулирующее воздействие, пропорциональное интегралу отклонения регулируемой величины от заданного значения, т. е. применить И-регулятор.

Особенностью интегральных регуляторов является невозможность создания устойчивого процесса регулирования с объектами, не обладающими самовыравниванием (астатическими объектами).