Система автоматического регулирования и уставка¶

Система автоматического регулирования — это совокупность технических устройств и алгоритмов, предназначенная для поддержания заданного значения физической величины (температуры, давления, скорости, уровня и т. п.) или изменения её по определённому закону без непосредственного участия человека. Ключевым понятием такой системы является уставка — заданное значение регулируемой величины, к которому система стремится привести текущее состояние объекта.

¶Основные элементы

Типовая система автоматического регулирования включает:

• Объект регулирования — устройство или процесс, параметры которого необходимо поддерживать (например, печь, двигатель, резервуар).
• Датчик (измерительный преобразователь) — элемент, измеряющий текущее значение регулируемой величины.
• Задающее устройство — формирует уставку, то есть эталонное значение параметра.
• Устройство сравнения — вычисляет разность между уставкой и текущим значением, формируя сигнал рассогласования (ошибку).
• Регулятор — вырабатывает управляющее воздействие на основе ошибки согласно заложенному закону регулирования.
• Исполнительный механизм — изменяет режим работы объекта (клапан, заслонка, электропривод).

¶Уставка и её роль

Уставка (уставное значение, задание) — это числовое или аналоговое значение, которое система должна поддерживать. Она может задаваться оператором вручную, поступать от вышестоящей системы управления или изменяться по программе (например, по временному графику). Разность между уставкой и измеренным значением называется рассогласованием; именно по его величине регулятор определяет необходимое управляющее воздействие.

В простейшем случае уставка постоянна, и система работает в режиме стабилизации. В следящих системах уставка непрерывно меняется, и задача регулирования сводится к отслеживанию этого изменения с минимальной задержкой и ошибкой.

¶Законы регулирования

Поведение регулятора описывается законом регулирования:

¶Классификация

Системы автоматического регулирования различают:

• по характеру изменения уставки — системы стабилизации, программного управления, следящие;
• по принципу действия — по отклонению (замкнутые), по возмущению (разомкнутые), комбинированные;
• по виду регулируемой величины — системы регулирования температуры, давления, расхода, скорости и др.;
• по характеру сигналов — непрерывные и дискретные (импульсные, цифровые).

¶Применение

Системы автоматического регулирования применяются в энергетике (поддержание частоты и напряжения), химической и нефтегазовой промышленности (температура и давление в реакторах), металлургии, на транспорте (круиз-контроль, автопилоты), в системах отопления и вентиляции, а также в робототехнике и бытовой технике. Современные системы строятся на базе программируемых логических контроллеров и микропроцессоров, что позволяет реализовывать сложные алгоритмы и адаптивное управление, при котором параметры регулятора автоматически подстраиваются под изменяющиеся условия.

¶Показатели качества

Качество работы системы оценивают по точности (величине установившейся ошибки), быстродействию (времени переходного процесса), устойчивости и запасу устойчивости, а также по перерегулированию — максимальному отклонению от уставки в переходном режиме. Настройка регулятора сводится к выбору его коэффициентов, обеспечивающих требуемое сочетание этих показателей.