Если мы внимательно рассмотрим график изменения параметров в системе при позиционном регулировании (рис. 1), то заметим, что температура в объекте имеет подъемы выше уставки в те моменты, когда нагреватель выключен, и провалы – когда нагреватель включен. Причина этого в следующем. в первом случае, нагреватель был чрез- мерно нагрет и после отключения он отдает избыток энергии объекту, что приводит к его перегреву. во втором случае требуется некоторое время для того, чтобы нагреть сначала нагреватель, после чего он сможет передать тепло объекту. на это время в объекте наблюдается провал температуры за счет потерь в окружающую среду.
Общий вывод заключается в том, что позиционный регулятор имеет дело с крайностями: либо полностью включает, либо полностью выключает нагрев. Иными словами, обратная связь в контуре регулирования слишком сильная и в системе возбуждаются колебания.
Интуитивно понятно, что результат можно улучшить, если при подходе температуры к уставке сбрасывать мощность, подводимую к нагревателю, пропорционально рассогласованию. Этот принцип реализует пропорциональный (П) регулятор.
Как видим, функция управления в пропорциональном регуляторе, в отличие от позиционного, имеет наклонный участок, который и обеспечивает плавное изменение мощности при подходе к уставке. наклон функции управления, а значит, и глубина обратной связи, определяются величиной зоны пропорциональности Pb. очевидно, позиционный регулятор является частным случаем пропорционального при Pb=0. с увеличением Pb глубина обратной связи уменьшается и регулирование становится более мягким.
Три рисунка (3, 4, 5) соответствуют трем различным значениям зоны пропорциональности.
Графики на рисунке 3 соответствуют случаю, когда зона пропорциональности слишком мала (Pb=15%). Поведение системы похоже на случай с позиционным управлением. в системе по-прежнему присутствуют значительные колебания температуры, но они со временем затухают.
Значение зоны пропорциональности Pb=40% для рисунка 4 можно считать оптимальным. в этом случае удачно сочетаются быстрый выход на установившийся режим и отсутствие после этого колебаний.
Cтационарное значение подводимой мощности соответствует уровню тепловых потерь в системе, в результате чего наступает тепловой баланс в системе, о котором шла речь ранее.
Значения установившейся мощности UУСТ и температуры XУСТ легко найти, если на график функции управления наложить график потерь UПОТ(X) за счет теплопередачи в окружающую среду. График потерь UПОТ(X) пропорционален разности температур в объекте X и в окружающей среде TОКР : UПОТ(X) = λ (X- TОКР). Графики потерь показа- ны для разных температур окружающей среды TОКР1 и TОКР2, а также для разных коэффициентах теплопередачи λ1 и λ2.
Из данного рассмотрения следует очень важный недостаток «чистого» пропорционального регулятора. несмотря на отсутствие колебаний в установившемся режиме, сам установившийся уровень XУСТ будет изменяться при изменении тепловых потерь, например, при изменении температуры окружающей среды TОКР. Эти изменения тем сильнее, чем больше зона пропорциональности Pb. Практически это, например, означает, что при пропорциональном управлении микрокли- матом в помещении будут наблюдаться суточные колебания темпера- туры, связанные с изменениями температуры окружающей среды.
Если зона пропорциональности превосходит оптимальное зна- чение Pb>40%, то переходные процессы на стадии разогрева более затянуты (Pb=200%, см. рис. 5), а установившееся значение больше отличается от уставки и сильнее подвержено изменениям тепловых потерь. регулятор слишком мягкий.
Обратим внимание на то, что с ростом величины зоны пропорциональности, т.е. с уменьшением глубины обратной связи в контуре регулировании, изменения сигнала управления уменьшаются.
