Регуляторы, которые реализовывают стандартные линейные законы регулирования, называют идеальными. В таких регуляторах операции интегрирования, дифференцирования, суммирования и умножения на постоянный коэффициент выполняются абсолютно точно. В соответствии с реализуемыми законами регулирования регуляторы непрерывного действия делятся на следующие типы:
1. Пропорциональные регуляторы. Пропорциональным называют регулятор, у которого выходная величина связана с входной величиной линейным соотношением. Пропорциональный регулятор сокращенно называют П- регулятором, так как он реализует П-закон регулирования.
Основным достоинством П- регуляторов является их простота. При появлении возмущающих воздействий такой регулятор быстро приводит систему регулирования в равновесное состояние. Однако из-за свойственного П- регуляторам статической ошибки (остаточного отклонения регулируемой величины), точность регулирования, обеспечиваемая такими регуляторами, сравнительно невелика. Поэтому П- регуляторы можно применять там, где по техническим условиям при функционировании АСР на объекте регулирования допускается наличие статической ошибки регулирования.
Наряду с П- регуляторами прямого действия достаточно широко применяются П- регуляторы непрямого действия, используемые как универсальные регуляторы самых различных технологических процессов.
2. Интегральные регуляторы. Интегральными называются регуляторы, у которых изменение выходной величины пропорционально интегралу изменения входной. Интегральный регулятор сокращенно называют И- регулятором, т. к как он реализует И-закон регулирования. И- регулятор называют также астатическим.
Как следует из принципа работы астатического регулятора, регуляторы такого типа могут находиться в равновесном состоянии только при заданном значении регулируемой величины. Иными словами, они производят перемещение регулирующего органа пропорционально интегралу отклонения регулируемой величины до тех пор, пока не восстановится ее заданное значение. В этом состоит основное принципиальное отличие И- регулятора от П- регулятора. Положительной особенностью И- регуляторов является регулирование без остаточного отклонения регулируемой величины.
Недостатком И -регуляторов является относительно невысокая скорость регулирования (при отклонении регулируемой величины регулирующее воздействие на объект нарастает довольно медленно). И- регуляторы не могут применяться на объектах, не обладающих самовыравниванием, так как система, состоящая из объекта без самовыравнивания и И- регулятора, неустойчива. Поэтому как самостоятельные регуляторы И- регуляторы применяются редко, а обычно они применяются в АСР в комплекте с регуляторами, формирующими другие законы регулирования, например с П- регуляторами.
Как правило, И-закон регулирования формируется не самостоятельными регуляторами, а блоком или модулем, конструктивно являющимся составной частью регулятора., реализующего более сложный, например, ПИ- закон регулирования.
3. Пропорционально-интегральные регуляторы. Пропорционально-интегральными называются регуляторы, у которых изменение выходной величины пропорционально как изменению входной величины, так и интегралу ее изменения. Пропорционально-интегральный регулятор сокращенно называют ПИ-регулятором, так как он реализует ПИ- закон регулирования.
То есть при ПИ- регуляторе перемещение регулирующего органа пропорционально суммарному воздействию от изменения регулируемой величины и интеграла, взятого от времени этого изменения. В этом случае регулирующий орган будет перемещаться до тех пор, пока существует отклонение регулируемой величины от заданного значения и остаточной неравномерности в системе нет.
ПИ- регуляторы объединяют в себе достоинства П- и И- регуляторов. Отрицательные свойства первых регуляторов перекрываются положительными свойствами вторых. ПИ- регуляторы широко применяются в черной металлургии. Это всегда регуляторы непрямого действия (пневматические, электрические, гидравлические).
4. Пропорционально-дифференциальные регуляторы. К пропорционально-дифференциальным относятся регуляторы, оказывающие суммарное воздействие на регулирующий орган, пропорциональное как отклонению регулируемой величины, так и скорости ее отклонения.
ПД- регулятор, как и П- регулятор, обладает остаточной неравномерностью, однако, дополнительное воздействие по скорости отклонения регулируемой величины от заданного значения положительно влияет на процесс регулирования благодаря улучшению регулирующего воздействия при быстрых изменениях регулируемой величины. Это является преимуществом ПД- регуляторов по сравнению с П- регуляторами.
5. Пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы. В этих регуляторах изменение исходной величины (воздействие на регулирующий орган) пропорционально отклонению регулируемой (входной) величины, интегралу этого изменения и скорости изменения этой величины.
ПИД- регуляторы иногда называют также изодромными регуляторами с предварением, так как они реагируют не только на отклонение регулируемой величины от заданного значения, а и на тенденцию ее изменения.
Большинство современных ПИД- регуляторов строятся из отдельных блоков, благодаря чему могут реализовать различные законы регулирования с любым сочетанием из П- и Д- составляющих ПИД- закона регулирования. Выпускаются и специальные устройства, называемые дифференциаторами. Поэтому в практике для реализации ПИД- закона регулирования применяются либо ПИД- регуляторы, либо ПИ- регуляторы в комплекте с дифференциаторами.
ПИД- регуляторы обеспечивают достаточно высокое качество регулирования объектов, у которых нагрузка меняется часто и резко, имеющих большую инерционность и не допускающих остаточного отклонения регулируемой величины.
Промышленные регуляторы состоят из реальных элементов, поэтому не всегда удается точно обеспечить тот или иной идеальный закон регулирования Это можно объяснить прежде всего инерционностью исполнительных механизмов или невозможностью практической реализации идеального дифференцирующего звена для формирования дифференциальной составляющей.
Введем понятие о некоторой области, в которой частотные характеристики идеального и реального регуляторов отличаются не более чем на некоторую заранее заданную величину.
Область в пространстве амплитуд, частот входного сигнала и параметров настройки регуляторов, в пределах которой амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики реального регулятора отличаются от соответствующих характеристик аналогичного идеального регулятора не более чем на некоторые наперед установленные значения, называют областью нормальной работы (ОНР) регулятора
Согласно установленным нормам принято, что эти частотные характеристики могут отличаться на ± 10 % по модулю и на ±15 % по фазе. В пределах этих отклонений характеристики реального регулятора с достаточной точностью соответствуют характеристикам идеального, и обеспечивается реализация требуемого стандартного закона регулирования. Поэтому различием в динамических характеристиках идеального и реального регуляторов можно пренебречь и в расчетах использовать уравнения идеальных регуляторов.
Сопоставление по величине ОНР является удобным и наглядным методом оценки регуляторов, отрабатывающих одинаковый закон регулирования. Регулятор, имеющий большую ОНР, лучше другого однотипного, так как он более универсален, поскольку может быть использован на более широком классе объектов
Если в результате расчета параметров настроек регулятора получатся данные, не попадающие в ОНР, то нужно или выбрать другой закон регулирования, или применить регулятор другого типа, имеющий более широкую область допустимых настроек.