Вопрос№3. Принцип действия релейно - импульсного ПИ-регулятора

ПИ-регулятор является самым распространенным регулятором, применяемым в различных областях промышленности.

В этом случае релейный усилитель при включении ИМ охватывается ООС в виде апериодического звена с передаточной функцией:

При поступлении на вход регулятора сигнала рассогласования больше половины зоны нечувствительности релейный усилитель срабатывает и включает ИМ, выходной вал которого начинает вращаться с постоянной частотой, перемещая регулирующий орган АСР в сторону ликвидации отклонения регулируемой величины от заданного значения.

Одновременно с подачей постоянного напряжения на ИМ это напряжение подается на устройство ОС.

В качестве таких устройств в большинстве современных регуляторов используются RC-цепи. Напряжение на выходе устройства ООС возрастает по экспоненте. Это напряжение направлено встречно напряжению входного сигнала Е, в результате сигнал на входе релейного элемента начинает уменьшаться.

При релейный элемент усилителя отключится, ИМ остановится, напряжение на входе устройства ООС будет равно 0 (z=0).

После этого конденсатор C цепи ООС начнет разряжаться и выходной сигнал ООС начнет уменьшаться по экспоненте. Сигнал s на входе релейного усилителя начнет возрастать, и при произойдет очередное срабатывание релейного элемента. ИМ включится. Цикл работы технической структуры будет повторяться. Сравнивая реальный закон регулирования с идеальным ПИ-законом, можно сказать, что релейно-импульсный регулятор с ИМ постоянной скорости приближенно отрабатывает ПИ-закон.

Очень важно отметить, что хотя в структуре регулятора есть нелинейные звенья, регулятор обеспечивает достаточную для практики точность реализации ПИ-закона регулирования. Пропорциональная составляющая ПИ-закона приближенно реализуется за счет быстрого начального перемещения ИМ и РО с постоянной скоростью, а интегральная составляющая – за счет последующего автоколебательного режима работы релейного усилителя с ООС, за счет кратковременных перемещений ИМ.

В современных импульсных регуляторах для обеспечения независимой настройки t_имп и t_пауз цепь ОС обеспечивает различные постоянные времени Т_зар и Т_раз заряда и разряда конденсатора C.

При включении ИМ переключатель «П» автоматически ставится в положение "з", включается цепь заряда конденсатора. При этом передаточная функция цепи ОС имеет вид

При отключении ИМ переключатель автоматически переводится в положение "разряд". При этом передаточная функция цепи ОС примет вид

Переходный процесс в цепи ОС при включении ИМ (Z=Z_н) в соответствии с ПФ "заряда" определяется дифференциальным уравнением:

Переходный процесс в цепи ОС при отключении ИМ (Z=0) в соответствии с ПФ "разряда" определяется дифференциальным уравнением:

Решение дифференциального уравнения при нулевых начальных условиях дает, соответственно:

;