ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ 9 страница

Если известны максимально возможные отклонения , то при их независимости друг от друга, используя вероятностные методы, можно найти среднеквадратичный максимум отклонений показателя

и среднеквадратичный относительный максимум отклонений

.

Если заданы дисперсии отклонений параметров и они независимы, то можно найти дисперсии показателя качества

.

В качестве критериев оценки качества системы могут использоваться максимум ошибки, коэффициенты ошибок, оценки запаса устойчивости и быстродействия, интегральные оценки и т.п.

5 КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И МЕТОДЫ ИХ СИНТЕЗА

5.1 Корректирующие устройства и их эквивалентность
[2,c.129-134; 1,c.276-277]

Чтобы добиться желаемого качества процесса управления или регулирования, т.е требуемой точности системы и качества переходного процесса, есть два способа:

- путем изменения параметров данной системы (при этом меняются коэффициенты уравнения и частотные характеристики);

- путем изменения структуры системы, введя дополнительные звенья – кор­ре­ктирующие устройства.

Введение корректирующих устройств позволяет не только улучшить точность системы и качество переходногых процессов, но и сделать систему устойчивой.

Различают четыре основных вида корректирующих устройств:

- последовательные корректирующие устройства;

- параллельные корректирующие устройства;

- корректирующие устройства по внешнему воздействию;

- неединичная главная ОС.

Принятие того или инного типа корректирующих устройств (последовательных, параллельных или ОС) определяется возможностью и удобством их течнического осуществления.

В линейных системах для корректирующего устройства одного типа можно подобрать эквивалентное корректирующие устройство другого типа. Эквивалентность означает,что присоединения к системе регулирования одного или другого корректирующего устройства образует полностью подобные системы. Для получения формул перехода от корректирующего устройства одного типа к другому типу необходимо прировнять результирующие передаточные функции.

 

при последовательном типе;

при параллельном типе;

в виде ОС(отрицательной).

,

где – передаточная функция заданной части системы.

Отсюда можно получить пять формул перехода от передаточной функции корректирующего звена одного типа к передаточной функции звена другого типа:

,

,

,

,

,

.

Звенья последовательного типа удобно применять тогда, когда в системе регулирования используется электрический сигнал в виде напряжения постоянного тока.

Звенья параллельного типа удобно применять тогда, когда необходимо осуществить сложный закон регулирования с введением производных и интегралов от сигнала ошибки.

Обратные связи отличаются удобством технической реализации.Кроме того,если ОС охватывает участок цепи регулирования,содержащий нелинейность,то влияние этой нелинейности значительно уменьшается.ОС дают значительно лучший эффект в тех случаях, когда из-за воздействия внешних факторов(время, температура и т.п) меняется кoэффициент усиления части цепи регулирования,охватываемой отрицательной ОС.

5.2 Последовательные корректирующие устройства [2,c.129-134]

Последовательные корректирующие устройства (корректирующие фильтры) могут описываться различными передаточными функциями .

Общая передаточная функция разомкнутой цепи (рис. 5.1) будет:

,

а во втором варианте (рис. 5.2)

,

 
 

где нулями отмечены передаточные функции заданных частей системы.

 
 

Рисунок 5.1 – Система с последовательным
корректирующим устройством

 

Рисунок 5.2 – Один из вариантов цепи с последовательным
корректирующим устройством

Рассмотрим некоторые типовые последовательные корректирующие устройства.

5.2.1 Введение производной от ошибки

Это простейший метод улучшения качества переходного процесса.

 
 

Технически осушествляется различными устройствами. Например, дифференциальное звено, в том числе и с инерционностью в виде (рис. 5.3). Регулирование осуществляется как по ошибке, так и по ее производной.

 

Рисунок 5.3 – Введение производной от ошибки

Передаточная функция разомкнутой цепи с идеальной производной будет:

.

Заменив получим АЧХ и ФЧХ

,

.

 
 

При этом существенно, что добавляется положительная фаза. Радиус-вектор АФЧХ поворачивается против часовой стрелки, увеличивая запас устойчивости и улучшая качество переходного процесса (рис. 5.4). Это же видно из ЛАЧХ и ЛФЧХ (рис. 5.5).

 

 
 

Рисунок 5.4 – Изменения АФЧХ при введении
производной от ошибки

Рисунок 5.5 – Изменения ЛАЧХ и ЛФЧХ при введении
производной от ошибки

Введение производной от ошибки может служить стабилизирующим средством, превращая неустойчивую систему в устойчивую. Если бы точка (-1,j 0) лежала бы внутри АФЧХ а уже могла бы не охватывать ее.

5.2.2 Увеличение общего коэффициента усиления K

Увеличение общего коэффициента усиления K разомкнутой цепи является методом повышения точности системы. При этом уменьшаются все установившиеся ошибки системы (см. гл. 4). Увеличение K осуществляется введением последовательно в общую цепь усилительного звена. Но увеличения K ведет к ухудшению условий устойчивости, а значит и качества переходного процесса. Поэтому часто это делается одновременно с введением производной.

5.2.3 Введение интеграла от ошибки

 
 

Введение интеграла от ошибки является методом создания или повышения порядка астатизма системы, а значит и увеличение ее точности (рис. 5.6).

 

Рисунок 5.6 – Введение интеграла от ошибки

Передаточная функция в этом случае

Подставив получим

 
 

Из-за поворота фазы на ухудшаются условия устойчивости и качество переходного процесса (рис. 5.7 и 5.8). Это может привести и к неустойчивости замкнутой системы, если точка (-1, j 0) окажется внутри АФЧХ и не охватывает ее.

 

Рисунок 5.7 – Изменение АФЧХ при введении интеграла от ошибки

 

 


 
 

Рисунок 5.8 – Изменения ЛАЧХ и ЛФЧХ при введении
интеграла от ошибки

5.2.4 Изодромное корректирующее устройство

Это корректирующее устройство имеет передаточную функцию вида:

,

 
 

объединяя в себе введение интеграла и производной (рис. 5.9). Оно позволяет избежать недостатков предыдущего устройства и получать необходимый порядок астатизма системы, сохраняя устойчивость и качество ее.

 

Рисунок 5.9 – Введение изодромного корректирующего устройства

ЛАЧХ и ЛФЧХ изодромного устройства имеет вид, показанный на рис. 5.10.

 
 

Рисунок 5.10 – ЛАЧХ и ЛФЧХ изодромного устройства

Изменяется низкочастотная часть АЧХ, влияющая на точность системы (повышает ее), а отрицательный сдвиг фазы в части, существенной для условий устойчивости, невелик.

Передаточную функцию изодромного устройства можно представить в виде:

,

 
 

т.е. структурно это будет выглядеть так как показано на рис. 5.11.

 

Рисунок 5.11 – Структурная схема цепи с изодромным
корректирующим устройством

Значит, если при введении интеграла регулирование в системе производится не по величине ошибки х, а только по интегралу от нее, то при изодромном устройстве получается регулирование по ошибке и по интегралу.

5.3 Параллельные корректирующие устройства [2,c.134-139]

В качестве параллельных корректирующих устройств чаще всего используются интегрирующие и дифференцирующие звенья, которые включаются в цепь регулирования параллельно основному сигналу. Эти звенья удобно применять при использовании сложых законов управления, когда наряду с основным сигналом вводятся его производные или интегралы.

Введение интегрирующих звеньев используется для увеличения точности системы в установившихся режимах, т.е снижения установившейся ошибки (рис. 5.12).

 
 

Рисунок 5.12 – Введение параллельного интегрирующего
корректирующего устройства

Этот вопрос был рассмотрен ранее в связи с повышением точности САР посредством использования изодромных устройств.

Введение дифференцирующего звена повыша ет запас устойчивости системы (рис. 5.13).

 
 

Рисунок 5.13 – Введение параллельного дифференцирующего
корректирующего устройства

Передаточная функция параллельного соединения идеального дифференцирующего звена и основного сигнала

.

Введение второй производной от основного сигнала дополнительно к первой осуществляется обычно по каскадным схемам с соответствующими передаточными функциями (рис. 5.14):

 
 

Рисунок 5.14 – Введение второй производной от основного сигнала

Введение параллельных интегрирующих звеньев соответствуют поднятию нижних частот (рис. 5.15), а введение параллель6ных дифференцирующих звеньев – поднятию верхних частот (рис. 5.16).

Параллельные корректирующие устройства могут осуществляться в виде дополнительных местных обратных связей (рис. 5.17).

Передаточная функция будет иметь вид:

.

 

 

 
 

 


 
 

Рисунок 5.15 – ЛАЧХ и ЛФЧХ при введении
параллельного интегрирующего звена

 

 

Рисунок 5.16 – ЛАЧХ и ЛФЧХ при введении
параллельного дифференцирующего звена

 

 
 

 

Рисунок 5.17 – Параллельные корректирующие устройства
в виде местных обратных связей

Основные виды корректирующих местных ОС:

- жесткая ОС ;

- инерционная жесткая ОС ;

- гибкая ОС ;

- инерционная гибкая ОС .

Рассмотрим несколько примеров использования местных ОС в качестве корректирующих устройств.

Положительная жесткая ОС,охватывающая апериодическое звено (инерционное) с (рис. 5.18).

Тогда общая передаточная функция:

 
 

 

Рисунок 5.18 – Корректирующее устройство в виде
положительной жесткой обратной связи

или

,

где

, .

Значит положительная жесткая ОС может увеличивать коэффициент усиления, но одновременно увеличивается постоянная времени, т.е. инерционность звена, и при звено становится неустойчивым.

Отрицательная жесткая ОС,охватывающая апериодическое звено дает общую перелаточную функцию:

,

где , .

Следовательно, жесткая отрицательная ОС уменьшает инерционность звена, улучшая этим качество переходного процесса и может оказать стабилизирующее действие (подобно введению производной), превращая неустойчивую замкнутую систему в устойчивую. Уменьшение коэффициента усиления может быть скомпенсировано за счет других звеньев системы.

При охвате отрицательной жесткой ОС интегрирующего звена, т.е. при , , получим:

,

где , .

Т.е. под действием жесткой обратной связи теряются интегрирующие свойства звена, и оно превращается в инерционное с , определяемым целиком ОС. будет мала при большом K звена.

Далее будут рассматриваться только отрицательные ОС.

Инерционная жесткая ОС, охватывающая интегрирующее звено.

При этом

Тогда

где

Интегрирующее звено превращается в звено второго порядка с введением производной. и интенсивность введения производной целиком определяется ОС, и первичный влияет на новые постоянные и , которые будут тем меньше, чем больше . Поэтому при большом охват интегрирующего звена инерционной жесткой ОС эквивалентен усилительному звену с введением производной. При этом

Отсюда видно позитивное влияние инерционной ОС на качество переходного процесса в системе в целом.

Гибкая ОС.При охвате его колебательного звена, т.е

имеем

где

При этом увеличивается демпфирующее свойство колебательного звена ( > ), причем не меняется коэффициент усиления . Процесс становится менее колебателеным и может привратится в апериодический (при ).

Охват апериодического звена гибкой ОС увеличивает только его инерционность.








Дата добавления: 2016-02-04; просмотров: 686;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.042 сек.