Синтез корректирующих устройств.

Синтезом САУ в широком смысле слова называют нахождение структуры и параметров системы (или ее части) по заранее задан­ным показателям процесса регулирования.

Решение задачи синтеза не является однозначным. Один и тот же эффект может быть достигнут при разных принципах построения САУ, при различном сочетании ее параметров. Часто при проекти­ровании ставится цель добиться высоких показателей работы САУ при минимальных затратах и использовании наиболее простых и на­дежных технических средств.

Проектирование САУ обычно начинается с выбора ее структуры. Например, для систем автоматического поддержания той или иной физической переменной с высокой точностью предпочтительным является построение САУ по принципу отклонения, то есть в виде замкнутого контура, содержащего основную цепь прохождения воз­действий и главную ОС. Основные элементы такой САУ (а к ним от­носятся двигатели, преобразователи, усилители и т.п.) при перво­начальном проектировании выбираются исходя из необходимой мощ­ности установки, исходя из требований обеспечения необходимых условий работы в установившемся режиме.

Например, если в начале объекта регулирования использу­ется двигатель, то его мощность выбирается, прежде всего, из необ­ходимого выполнения той или иной работы; преобразователь к дви­гателю выбирается исходя из требования обеспечения его энергией и т.д.

Одним словом, при первоначальном проектировании, при перво­начальном выборе основных элементов САУ, требования к динамике САУ не являются определяющими. При последующем проектировании при­ходится решать вопрос, правильно ли выбрана исходная схема с точки зрения обеспечения требуемых динамических показателей.

При решении этой задачи возможны два пути.

1. Изменение основной (исходной) структуры построения схемы.

2. Введение в схему специальных корректирующих устройств с легко изменяемыми параметрами.

Так как исходная схема выбирается, прежде всего, из условий обеспечения статических режимов, то для улучшения динамических показателей работы САУ целесообразнее избрать второй путь, т.е. включить в схему специальные корректирующие устройства.

Включение таких устройств в САУ не должно изменять свойств САУ в установившихся режимах, а лишь влиять на переходные ре­жимы. С помощью корректирующих устройств обеспечивается устойчи­вость САУ и заданные показатели качества.

В зависимости от схемы включения корректирующие устройства делятся на последовательные и параллельные. В первом случае кор­ректирующее устройство включается последовательно в цепь основ­ного воздействия, во втором - в цепь обратной связи охватывающей одно или не­сколько звеньев САУ.

Рисунок 7.8 - Включение последовательно (а) и

параллельного (б) корректирующего звена

На рисунке 7.8 показано включение корректирующих звеньев. Здесь W (р) – передаточная функция последовательного корректирующего устройства; W (р) - передаточная функция элементов неизменяемой части САУ; W_охв(р) - передаточная функция элементов САУ, в обратной связи, которых находятся параллельно корректирующие устройства; W (р) - передаточная функция остальных элементов неизменяемой части САУ; W (р) - передаточная функция корректирующего параллельного

устройства.

Возможно также комбинированное включение последовательно и параллельно корректирующего устройства.

В схемах электропривода находят применение пассивные (не содержащие внутренние источники энергии) корректирующие устройства в виде цепей R - С, R- L - С, а также дифференциальные трансформаторы, мостовые дифференциальные схемы и т.д.

В динамике такие устройства представляются в виде идеальных и реальных дифференциальных, интегрирующих и форсирующих звеньев с передаточной функцией вида:

(7.4)

К основным методам, применяемым в настоящее время, определения структуры и параметров корректирующих устройств, по заданным показателям качества регулирования, относятся методы, основанные на использовании частотных характеристик и корневых годографов, а также аналитические методы (например, методы: ”модульного оптимизирования”, интегральные методы.)

При использовании частотного метода синтеза корректирующих устройств сопоставляются частотные характеристики не скорректированной системы с “типовыми” желаемыми характеристиками и подбираются такие параметры корректирующих устройств, при которых частотные характеристики скорректированной САУ в наибольшей степени приближаются к желаемой.

При использовании аналитических методов синтеза корректирующих устройств подбираются (рассчитываются) такие параметры, при которых обеспечивается минимум того или иного функционала, применяемого в качестве критерия качества

Например, при синтезе на основе квадратичных интегральных оценок, находится выражение такой оценки через параметры САУ и далее аналитически или графо-аналитически рассчитывается такое сочетание параметров, при котором эта оценка имеет минимальное значение.