Технические науки науки/Автоматизированные системы
управления на производстве
Чумаченко С.В.
Костанайский государственный университет
им. А. Байтурсынова, Казахстан
Синтез систем автоматического
управления
В теории автоматического управления можно выделить
две характерные задачи: 1) в заданной системе автоматического управления (САУ)
найти и оценить переходные процессы - это задача анализа; 2) по заданным переходным
процессам и основным показателям разработать САУ - это задача синтеза.
Задача синтеза сложнее
задачи анализа из-за своей неоднозначности, поэтому задачу синтеза САУ ставят
ограниченно. Наибольшее
развитие получили следующие вопросы синтеза: синтез оптимальных динамических
характеристик системы; синтез параметров системы заданной структуры; синтез
корректирующих устройств системы по заданным показателям качества. Синтез оптимальных
динамических характеристик системы обычно сводится к решению вариационной
задачи, обеспечивающей в соответствии с принятым критерием оптимизации
наилучшее управление или теоретический минимум ошибки управления. Синтез
параметров системы заданной структуры и синтез корректирующих устройств системы
по заданным показателям качества рассматривают как инженерную задачу,
сводящуюся к такому построению САУ, при котором обеспечивается выполнение технических
требований. При инженерном синтезе САУ стремятся обеспечить: требуемую точность
и приемлемый характер переходных процессов - из многих возможных решений
окончательно выбирается одно, лучшее с точки зрения существующих конкретных условий.
При заданных
структуре регулятора и корректирующих устройств задача синтеза сужается до
выбора параметров регулятора и корректирующих устройств. Для выбора параметров
САУ широко используются косвенные связи и непосредственные связи. В случае синтеза
корректирующих устройств основная часть системы уже задана, требуется синтезировать
корректирующие звенья. При коррекции необходимо, чтобы обеспечивались:
требуемый запас устойчивости, точность управления в установившихся режимах и
качество управления в динамических режимах. Корректирующее устройство можно включить
последовательно, параллельно-согласно (параллельно) или параллельно-встречно
(по схеме с обратной связью).
Последовательное
корректирующее устройство с передаточной функцией Wп включается обычно после предварительного
усилителя, который имеет передаточную функцию W3, выходной каскад усилителя - W2,
исполнительный элемент - W1.
Параллельно-согласное
(параллельное) корректирующее устройство с передаточной функцией Wпс может иногда при меньшей
сложности обеспечить нужное преобразование сигнала.
Наибольшими
возможностями в плане коррекции свойств САУ обладает корректирующее устройство,
включенное по схеме с отрицательной или положительной обратной связью,
охватывающей один из звеньев САУ, как правило, это исполнительный элемент или
выходной каскад усилителя (усилитель мощности). Такие обратные связи называются
местными. Обычно передаточную функцию выходного каскада усилителя W2
выбирают из условия |W2.Wпв|
>> 1 в широком диапазоне частот, поэтому Wэкв
.То есть свойства участка цепи с параллельно-встречным
включением корректирующего устройства определяются только свойствами данного
корректирующего устройства, что является основным достоинством данного способа
включения. Влияние плохих свойств, какого либо необходимого для САУ звена могут
быть практически полностью устранены. Местные корректирующие обратные связи делят
на: жесткие и гибкие.
Жесткая
обратная связь действует на систему как в переходном, так и в установившемся режиме,
то есть Wж(0)
0.
Она реализуется безынерционным или инерционным звеном: Wж = Kж или Wж =
.
Гибкая
обратная связь действует только в переходном режиме, она реализуется либо идеальным
дифференцирующим звеном с передаточной функцией: Wг=Kг p, либо реальным дифференцирующим звеном:
Wг =
.
Гибкая обратная
связь не изменяет структуру интегрирующего звена, но уменьшает его коэффициент
передачи. Значит, даже простейшие обратные связи способны существенно изменить
свойства типовых динамических звеньев. Больший эффект дают сложные
отрицательные и положительные обратные связи, если основные элементы регулятора
позволяют создать обратную связь, динамические свойства этих элементов могут
быть изменены в нужном направлении. Корректирующие устройства синтезируют на
основании требований к свойствам САУ. Для этого необходимо знать передаточную
функцию реальной САУ Wреал,
и желаемую передаточную функцию Wжел
. При синтезе корректирующих устройств определяют передаточную
функцию возможного корректирующего устройства исходя из соотношения: Wп = Wжел /Wреал
и выясняют, при каких передаточных функциях параллельного Wпс и параллельно-встречного Wпв корректирующих устройств будет получен тот же
эффект. Затем решают, какое из них более целесообразно и проще создать. Для увеличения
точности статической САУ надо увеличивать коэффициент передачи K. С ростом K увеличивается жесткость статической характеристики и уменьшается
статическая ошибка ε. При повышении точности САУ
путем увеличения коэффициента передачи необходимо повышать запас устойчивости,
что является главным недостатком такой коррекции.
Литература:
1. Сенигов П.Н. Теория автоматического
управления: Конспект лекций. – Челябинск: ЮУрГУ, 2001
2. Теория автоматического управления:
учеб. пособие / М.М. Савин, В.С.
Елсуков, О.Н. Пятина; под. ред. д.т.н., проф. В.И. Лачина. – Ростов н/Д: Феникс,
2007