Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Законы регулирования
Содержание
- 1. Законы регулирования
- 2. Программа регулированияПлан формирования задающего воздействия g(t) на систему.временной: y=y(t);параметрический: y=y(s1,s2,s3,…,sn).
- 3. Законы регулированияЛинейные непрерывные.Нелинейные.
- 4. Классификация нелинейных законов регулированияФункциональные.Логические.Параметрические.Оптимизирующие.Если |x|0.2Gm, тогда u=k2x; где: k1
- 5. Линейные законы регулирования
- 6. Двухпозиционный регуляторВ режиме двухпозиционного регулятора логическое устройство
- 7. Применение двухпозиционного регулятораДля регулирования измеряемой величины в
- 8. Разновидности двухпозиционного закона регулированияТип логики 1 –
- 9. Пропорциональный закон регулирования или П - законЧаще
- 10. Свойства системы с П - регуляторомДостоинство
- 11. Статическая ошибка П - законаКак видно из
- 12. Линейные алгоритмы управленияАлгоритмы управления для устройств пропорционального
- 13. Работа пропорционального регулятора с управлением средней мощностью нагревателя через двухпозиционный шимНоминальная мощностьскважностьПропорциональный регуляторКонтакт реле подключающийнагреватель
- 14. Пример задачи стабилизации выходного напряженияРабота пропорционального регулятора с управлением выходного напряжения стабилизатора через двухпозиционный шим
- 15. Интегральный закон регулирования или И - законИли
- 16. Свойство системы с интегральным регуляторомДостоинством И
- 17. Пропорционально-интегральный закон регулирования или ПИ-законПропорционально-интегральное звено СУ.
- 18. Пример работы ПИ -регулятораВыходной сигнал ПИ-регулятора и
- 19. Свойства системы с ПИ-регуляторомПрименение ПИ закона регулирования
- 20. Настройка ПИ регулятораДля настройки ПИ регулятора следует
- 21. Классический пропорционально-интегральный-дифференциальный закон регулирования или ПИД-закон Для реализации
- 22. Пропорциональная составляющая ПИД регулятораУвеличение коэффициента усиления приводит к появлению незатухающих колебаний выходного сигналазаданиевремя
- 23. Пропорциональная составляющаяВ зоне пропорциональности, определяемой коэффициентом Р,
- 24. Например Диапазон измерения температуры 0…1000°С уставка регулирования
- 25. Важно Уменьшение значения зоны пропорциональности Р увеличивает реакцию
- 26. Интегральная составляющая ПИД регулятораПоведение выходного сигнала при
- 27. Интегральная составляющая Определяется постоянной времени интегрирования I, является
- 28. Дифференциальная составляющаяМногие объекты регулирования достаточно инерционны, т.
- 29. Дифференциальная составляющая ПИД регулятораЭта составляющая пропорциональна темпу изменений рассогласования.
- 30. Влияние дифференциальной составляющей в ПИД законе С
- 31. Свойства системы с ПИД-регуляторомПИД - закон является
- 32. Параметры ПИД-регулирования зона нечувствительностиЗона нечувствительности. Для исключения
- 33. Параметры ПИД-регулирования. Ограничение управляющего сигналаЕсли существуют технологические
- 34. Немного математикиu (t) — наша Функция;P — пропорциональная составляющая;I — интегральная
- 35. ПИД законДискретная реализация формулы на основе численных
- 36. Настройка ПИД - регулятораУвеличение пропорционального коэффициента увеличивает
- 37. Выбор закона регулированияСтатическая ошибкаВнешнее воздействие
- 38. Первый шаг выбора регулятораИтак, в первую очередь,
- 39. Второй шаг выбора закона регулированияЕсли же нам
- 40. Третий шаг выбора закона регулированияВ случаи, если
- 41. Четвертый шагЕсли же влияние возмущений несущественное –
- 42. Пятый шагНасколько важно время переходного процесса? Если
- 43. Шестой шагВ случаи, если необходимо обеспечить минимальное
- 44. Скачать презентанцию
Программа регулированияПлан формирования задающего воздействия g(t) на систему.временной: y=y(t);параметрический: y=y(s1,s2,s3,…,sn).
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1Законы регулирования
Цель лекции: рассмотреть двухпозиционный закон, ПИ закон, ПИД закон
и П законы регулирования
Слайд 2Программа регулирования
План формирования задающего воздействия g(t) на систему.
временной: y=y(t);
параметрический: y=y(s1,s2,s3,…,sn).
Слайд 4Классификация нелинейных законов регулирования
Функциональные.
Логические.
Параметрические.
Оптимизирующие.
Если |x|0.2Gm, тогда u=k2x;
где: k1
Слайд 5Линейные законы регулирования
Закон регулирования —
называется математическое выражение, описывающее зависимость между входом автоматического регулятора Dx(t) = x(t) - xoc(t) и
его выходом y(t). Качество регулирования обеспечивается выбором закона регулирования. Наибольшее распространение получили следующие пять основных законов регулирования:двухпозиционный - РЕЛЕЙНЫЙ,
пропорциональный - П,
интегральный - И,
дифференциальный – Д,
пропорционально – интегрально -дифференциальный - ПИД.
Слайд 6Двухпозиционный регулятор
В режиме двухпозиционного регулятора логическое устройство (компаратор) сравнивает значение
входной величины с заданием и выдает управляющий сигнал на входное
устройство в соответствии с заданной логикой.Выходной сигнал двухпозиционного регулятора имеет только два значения: ВКЛ. и ВЫКЛ.
Тип логики, уставка Туст. Или задание, гистерезис – задаются пользователем при программировании.
Слайд 7Применение двухпозиционного регулятора
Для регулирования измеряемой величины в несложных системах, когда
не требуется точности поддержания регулируемой величины.
Для сигнализации о выходе контролируемой
величины за заданные пределы.
Слайд 8Разновидности двухпозиционного закона регулирования
Тип логики 1 – применяется для управления
работой нагревателя или сигнализации.
Название - прямой гистерезис. При Т
включается Т>Tуст.-^ - выключается.Тип логики 2 – применяется для управления
холодильником, вентилятором.
Название - обратный гистерезис. Инверсия
Логики 1.
Тип логики 3 – применяется для сигнализации Тип логики 4 – применяется для сигнализации о выходе контролируемого параметра за заданные границы задания.
о выходе контролируемого параметра за заданные границы задания.
Название – П – образная. При Туст.-^
Название – U – образная.
Слайд 9Пропорциональный закон регулирования или П - закон
Чаще всего такой функциональной
зависимостью является простая пропорциональная зависимость, при которой регулируемая величина y(t) должна воспроизводить
обычно на более высоком уровне мощности изменения заданной величины x(t) или рассогласования Dx(t). Выражение пропорциональной зависимости между величинами h(t) и Dx(t)
имеет следующий вид h(t) = k Dx(t), где k - коэффициент усиления регулятора.
D
Слайд 10Свойства системы с
П - регулятором
Достоинство – отсутствие инерционности: реакция
П - регулятора на изменение входной переменной формируется без задержки.
Поэтому
П - регулятор обеспечивает хорошее быстродействие и относительно невысокий уровень максимальной динамической ошибки.Но П - регуляторам свойственно наличие ошибки регулирования в статическом или установившемся состоянии.
Слайд 11Статическая ошибка П - закона
Как видно из приведенной формулы, нормальное
функционирование данного регулятора возможно только в случае, когда Dx(t) > 0. Таким
образом, автоматическая система имеет постоянную (статическую) ошибку, которую называют статизмом регулятора, а система автоматического регулирования называется статической системой.Статизм выражается в процентах и определяется по формуле:
Слайд 12Линейные алгоритмы управления
Алгоритмы управления для устройств пропорционального типа (например –
управление нагревателем электропечи).
Алгоритмы управления для исполнительных устройств интегрирующего типа (например
– исполнительных устройств постоянной скорости) или электроприводов.
Слайд 13Работа пропорционального регулятора с управлением средней мощностью нагревателя через двухпозиционный
шим
Номинальная мощность
скважность
Пропорциональный регулятор
Контакт реле подключающий
нагреватель
Слайд 14Пример задачи стабилизации выходного напряжения
Работа пропорционального регулятора с управлением выходного
напряжения стабилизатора через двухпозиционный шим
Слайд 15Интегральный закон регулирования или И - закон
Или интегральное звено СУ.
Регулятор вырабатывает сигнал (MV(t)), пропорциональный интегралу от ошибки регулирования (e (t))
Постоянная
времени интегрированияКоэффициент пропорциональности
Рассогласование
Начальное
Значение МV
М
Слайд 16Свойство системы с
интегральным регулятором
Достоинством И - регулятора является отсутствие
ошибки регулирования в установившемся режиме. Это связано с тем что
регулирующее воздействие MV(t) перестанет изменятся, когда сигнал рассогласования E=0.Однако система с И - регулятором обладает низким быстродействием. Процесс регулирования характеризуется большой продолжительностью и большим значением максимального динамического отклонения.
Обычно интегральное звено регулирования самостоятельно не используется. Обычно используется ПИ регулятор.
Слайд 17Пропорционально-интегральный закон регулирования или ПИ-закон
Пропорционально-интегральное звено СУ. ПИ-регулятор можно рассматривать
как два регулятора, соединенные параллельно
П - звено
И - звено
Слайд 18Пример работы ПИ -регулятора
Выходной сигнал ПИ-регулятора и длительность управляющих ШИМ
- импульсов при различных значениях длительности импульсов и рассогласовании равном
10.
Слайд 19Свойства системы с ПИ-регулятором
Применение ПИ закона регулирования позволяет сочетать в
одном устройстве положительные свойства П и И регуляторов. А именно
П- составляющая обеспечивает быстродействие системы, а И - составляющая обеспечивает отсутствие статической ошибки как заключительной стадии процесса регулирования.Однако при этом необходимо решать задачу рационального соотношения П и И составляющих.
Недостатком ПИ регулирования является медленная реакция на возмущающие воздействия.
Слайд 20Настройка ПИ регулятора
Для настройки ПИ регулятора следует сначала установить постоянную
времени интегрирования равный нулю, а коэффициент пропорциональности — максимальным.
Затем как
при настройке пропорционального регулятора, уменьшением коэффициента пропорциональности нужно добиться появления в системе незатухающих колебаний. Близкое к оптимальному значение коэффициента пропорциональности будет в два раза больше того, при котором возникли колебания, а близкое к оптимальному значение постоянной времени интегрирования — на 20% меньше периода колебаний. 
Слайд 21Классический пропорционально-интегральный-дифференциальный закон регулирования или ПИД-закон
Для реализации ПИД - закона
используются три основные переменные: P – зона пропорциональности, %; I
– время интегрирования, с; D – время дифференцирования, с.Или так
Слайд 22Пропорциональная составляющая ПИД регулятора
Увеличение коэффициента усиления приводит к появлению незатухающих
колебаний выходного сигнала
задание
время
Слайд 23Пропорциональная составляющая
В зоне пропорциональности, определяемой коэффициентом Р, сигнал управления будет
изменяться пропорционально разнице между уставкой и действительным значением параметра (рассогласованию):
сигнал
управления = 100/P • E, Рассогласование
Коэффициент пропорциональности
Задание или уставка
Слайд 24Например
Диапазон измерения температуры 0…1000°С уставка регулирования ST = 500
°С; зона пропорциональности P = 5%, что составляет 50 °С
(5% от 1000 °С); При значении температуры 475 °С и ниже управляющий сигнал будет иметь величину 100%; при 525 °С и выше – 0%. В диапазоне 475…525 °С (в зоне пропорциональности) управляющий сигнал будет изменяться пропорционально величине рассогласования с коэффициентом усиления К = 100/Р = 20.475
525
Слайд 25Важно
Уменьшение значения зоны пропорциональности Р увеличивает реакцию регулятора на рассогласование,
т. е. малому рассогласованию будет соответствовать большее значение управляющего сигнала.
Но при этом, из-за большого усиления, процесс принимает колебательный характер около значения уставки, и точного регулирования добиться не удастся.При излишнем увеличении зоны пропорциональности регулятор будет слишком медленно реагировать на образующееся рассогласование и не сможет успевать отслеживать динамику процесса. Для того, чтобы компенсировать эти недостатки пропорционального регулирования, вводится дополнительная временная характеристика – интегральная составляющая.
Слайд 26Интегральная составляющая ПИД регулятора
Поведение выходного сигнала при изменение коэффициента интегрирования
- накопление ошибки.
Вариант 1 (красный) – Ki = 0.
Вариант 2 (зеленый) – Ki =
0.2.
Вариант 3 (синий) – Ki = -0.3. 
Слайд 27Интегральная составляющая
Определяется постоянной времени интегрирования I, является функцией времени и
обеспечивает изменение коэффициента усиления (сдвиг зоны пропорциональности) на заданном промежутке
времени.сигнал управления = 100/P • E + 1/I • ∫ E dt.
Как видно из рисунка, если пропорциональная составляющая закона
регулирования не обеспечивает уменьшение рассогласования, то интегральная
составляющая начинает на периоде времени I плавно увеличивать коэффициент
усиления. Через период времени I процесс этот повторяется.
Слайд 28Дифференциальная составляющая
Многие объекты регулирования достаточно инерционны, т. е. имеют задержку
реакции на приложенное воздействие (мертвое время) и продолжают реагировать после
снятия управляющего воздействия (время задержки).Дифференциальная составляющая есть производная во времени от рассогласования, т. е. является функцией скорости изменения параметра регулирования. В случае, когда рассогласование становится постоянной величиной, дифференциальная составляющая перестает оказывать воздействие на сигнал управления.
сигнал управ. = 100/P • E + 1/I • ∫ E dt + D • d/dt • E.
Слайд 29Дифференциальная составляющая ПИД регулятора
Эта составляющая пропорциональна темпу изменений рассогласования. Она «придает ускорение».
Вариант 1 (красный) – Kd = 0.
Вариант 2 (зеленый) – Kd = 0.2.
Вариант 3
(синий) – Kd = -0.2. 
Слайд 30Влияние дифференциальной составляющей в ПИД законе
С введением дифференциальной составляющей
регулятор начинает
учитывать мертвое время и время задержки, заранее изменяя
сигнал управления. Это позволяет значительно уменьшить колебания процесса
около значения уставки и добиться более быстрого завершения переходного
процесса.
Слайд 31Свойства системы с ПИД-регулятором
ПИД - закон является наиболее совершенным из
общепромышленных алгоритмов регулирования с точки зрения достижимого качества регулирования.
Повышается быстродействие.
Однако
применение Д-составляющей повышает чувствительность регулятора к пульсациям входного сигнала.
Слайд 32Параметры ПИД-регулирования
зона нечувствительности
Зона нечувствительности. Для исключения излишних срабатываний регулятора при
незначительных значениях рассогласования используется уточненное рассогласование вычисленное по следующим условиям:
Слайд 33Параметры ПИД-регулирования.
Ограничение управляющего сигнала
Если существуют технологические ограничения, не позволяющие, например,
выключить нагрев или, наоборот включать нагрев на полную мощность, то
для выходного управляющего сигнала Yвых задаются ограничения в виде максимального или минимального значений.
Слайд 34Немного математики
u (t) — наша Функция;
P — пропорциональная составляющая;
I — интегральная составляющая;
D — дифференциальная составляющая;
e (t)
– текущая ошибка;
Kp — пропорциональный коэффициент;
Ki — интегральный коэффициент;
Kd — дифференциальный коэффициент;
Слайд 35ПИД закон
Дискретная реализация формулы на основе численных методов:
u(t) = P (t) + I (t)
+ D (t);
P (t) = Kp * e (t);
I (t) = I (t — 1) + Ki * e (t);
D (t) = Kd * {e (t) — e (t — 1)};
Слайд 36Настройка ПИД - регулятора
Увеличение пропорционального коэффициента увеличивает быстродействие и снижает
запас устойчивости;
С уменьшением интегральной составляющей ошибка регулирования с течением времени
уменьшается быстрее;Уменьшение постоянной интегрирования уменьшает запас устойчивости;
Увеличение дифференциальной составляющей увеличивает запас устойчивости и быстродействие.
Слайд 38Первый шаг выбора регулятора
Итак, в первую очередь, необходимо оценить, важно
ли нам получить в результате переходного процесса статическую ошибку, равную
нулю. То есть, если мы даем задание регулятору, к примеру, 25 градусов, а регулятор выходит на 25,5 и нас устраивает – смело переходим по стрелке вправо и выбираем П закон регулирования. Тут также присутствует одна тонкость. Для объекта без самовыравнивания по каналу задание-выход статическая ошибка равна нулю даже при использовании П регулятора
Слайд 39Второй шаг выбора закона регулирования
Если же нам очень важно получить
нулевую статическую ошибку, переходим по стрелке вниз. Далее необходимо оценить
влияние возмущений на объект управления.
Слайд 40Третий шаг выбора закона регулирования
В случаи, если влияние внешних возмущений
велико, то «оптимальным» алгоритмом будет ПИ закон регулирования, то есть пропорционально
интегральный закон регулирования способен справиться с возмущениями, благодаря присутствию интегральной составляющей и, к тому же, получить нулевую статическую ошибку.
Слайд 41Четвертый шаг
Если же влияние возмущений несущественное – переходим по стрелке
вправо и оцениваем ещё один параметр
Слайд 42Пятый шаг
Насколько важно время переходного процесса? Если время переходного процесса
для вас не существенно, а ваш объект боится динамических забросов
(характерным примером являются печи, в которых производится длительная выдержка заготовок при определенной температуре), то, опять же таки, стоит вернуться к ПИ закону.
Слайд 43Шестой шаг
В случаи, если необходимо обеспечить минимальное время переходного процесса
и выполняются все предыдущие условия – стоит выбрать ПИД алгоритм.
Стоит отметить, что ПИД закон регулирования хорошо работает с объектами, в которых присутствует транспортное запаздывание.
