Автоматический регулятор (АР) является неотъемлемой частью системы автоматического регулирования, который включает в себя вычислительные, измерительные, корректирующие, усилительные и исполнительные устройства. Цифровые автоматические регуляторы, как правило, имеют в своем составе встроенные микропроцессоры.
Автоматический регулятор – это динамическая подсистема, которая по компонентам вектора состояния системы формирует алгоритм или закон управления r(t). Вектор управления r(t) является функцией вектора внешних возмущений f(t) и функцией ошибки ε(t). Вектор r(t) должен обеспечить экстремум частных показателей эффективности системы.
В зависимости от того, какой закон управления формируется, передаточные функции АР классифицируют следующим образом:
- Пропорциональный регулятор (П):
- Пропорционально – дифференциальный регулятор (ПД):
- Интегральный регулятор (И):
- Пропорционально – интегральный регулятор (ПИ):
- Пропорционально – интегрально – дифференциальный регулятор (ПИД):
Примером подсистемы САР может послужить следящий электропривод, который отрабатывает входной сигнал управления с усилением его по мощности. Устройства, которые входят в состав следящего электропривода, охватываются специальными элементами обратных связей. Также в системе присутствуют внутренние обратные связи, наличие которых обуславливается динамикой нагрузки. Следящие электроприводы классифицируют по назначению (регулирование напряжения, температуры, давления, скорости, положения и так далее), по применению (приборные, авиационные, транспортные, промышленные и так далее), по источнику используемой энергии (гидравлические, механические, электромеханические, электрические, комбинированные и другие), а также по принципу действия и характеру преобразования управляющих сигналов (импульсные, аналоговые, дискретные).
Классификацию нижнего уровня технических средств автоматики рассмотрим на примере типовой СПР, функциональная схема которой показана ниже:
Приведенная на рисунке система осуществляет программное регулирование параметров механического объекта.
Чувствительный элемент 9 измеряет и передает параметры выходной величины y(t), а преобразующий элемент 10 согласует сигнал, полученный от датчика 9, с сигналом управления х(t).
Задающее устройство 1 формирует сигнал управления процессором ху(t). Устройство сравнения вырабатывает сигнал рассогласования ε1(t) = xy(t) – z(t).
Устройство под номером 3 согласует сигнал рассогласования ε1(t) со входом последовательного корректирующего устройства 4, которое «наделяет» СПР необходимыми динамическими свойствами.
Устройство усиление сигнала 6 усиливает сигнал ε2(t) по мощности, а устройство исполнения 7 кинематически связанно с механическим объектом регулирования и является наиболее инерционным звеном в системе. Именно поэтому звено 7 охватывается местной корректирующей обратной связью 8. Устройство сравнения 5 измеряет разность сигнала ε2(t) = g(t) – p(t), мощность которого усиливается усилителем 6. Исполнительное устройство вырабатывает механическое воздействие r(t), которое прикладывается непосредственно к объекту управления.
Если рассмотреть данную систему в энергетическом соотношении, то получается, что она управляет передачей энергии от источника 11 к нагрузке, при очень незначительной мощности управляющего сигнала xy(t).
Элементы 4 – 8 это силовой следящий электропривод СПР, 1 – 3,9,10 – измеритель, а 1 – 10 регулятор системы.
