Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Teoriya avtomatichnogo keruvannya

.pdf
Скачиваний:
75
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
9.97 Mб
Скачать

Глава 6

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ТА СИНТЕЗ

 

ЛІНІЙНИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

випливає з того, що №(р) + 1, як відомо, є лівою частиною характеристичного рівняння замкнутої системи. Тому можна записати

 

Щр) + 1

=

Р(р) + 0(р) = а0р"

+ а, р"~1 + ... + ан_ {р + ап

п ри і

оо, Р ->

о і

Ж ( 0 ) + 1 -> ап =

/(к£).

У той самий час відомо, що різке збільшення коефіцієнта підсилення системи ку. призводить до її нестійкої роботи. Тому досягнення інваріантності за рахунок забезпечення умови ку = має чисто теоретичне значення.

Третя форма інваріантності м а є назву часткової. З а п и ш е м о

А

В(р)

=

 

Ш

 

 

 

 

О(р)

 

де А(р), В(р), 0(р), О(р) — деякі поліноми.

 

 

Згідно з умовою інваріантності можна записати

 

Ах(р) =

П"(р)4Г(р) = °п[Р(ґР1

= 0-

(6.29)

 

 

 

0(р)В(р)

 

При IVі(р)Ф 0 та Д/(/?)*0 виконання умови інваріантності можливе лише в окремому випадку за певних збурень (відповідних коренів).

Це можна пояснити так. Розкладемо поліноми ()(р) і В(р) на співмножники вигляду відповідно (/; - д )і (р - д')? Де Рі і р{ — корені рівнянь ()(р) - 0 і В(р) - 0. Нехай кожний многочлен має по два корені:

відповідно рх9 рх+,

і р'х, р'х+ї.

 

Згідно з (6.29) можна записати

 

Ах(р)

= 0(р)А(р) _(Р~ Рх ){р

~ Рх +1 )А(р)

 

щр)в(р)

ікр)(р-юи>-А+1)

Якщо можна забезпечити рівність коренів рх = рх поліномів чисельника і знаменника, то скорочуються відповідні співмножники і тоді помилка

« ,

ч

(р-Рх+І)АР)

.

Ах(р) =

 

 

П(Р)(Р-Р'Х+,)

Якщо вважати, що корінь рх зумовлює вплив основного збурення на вимушену складову х(і) в розв'язку рівняння замкнутої системи

310

6.7. Підвищення якості в

комбінованих

САР

 

і системах зі змінною структурою

 

х(ї)

=

хуст

в(0,

(6.30)

усталена складова,

то

за умови рх = р'х

вплив кореня рх

• і омпсчісується» наявністю кореня рх. При цьому, якщо знехтувати ни ціпом другого кореня рх + ,, можна вважати, що буде забезпечена м и» ніжена рівність нулю вимушеної складовоїха(і) ~ 0 і, отже, наявмі. и. самого перехідного процесу х(і) ~ хуст. Система в цьому разі бу- і« частково інваріантною (стосовно основного збурення). Якщо М І Г ШИ інших факторів (збурень), які можуть діяти в системі, Є відчутним, і о система, інваріантна відносно основного збурення, яке умоіпні н розглянутому прикладі визначалося коренем рх, не буде інваріантною стосовно інших збурень. У цьому разі може з'явитися вимушена складова в рівнянні (6.30), але вплив її буде відповідно меншим.

Четверта форма інваріантності з а б е з п е ч у є т ь с я т и м , що в систему

ми. сій п,ся додаткова компенсуюча дія, величина якої /к (р)і відповідні передаточна функція Жк (р) мають бути підібрані так, щоб виконумч і.ієн умова

*х(р) = - ИГ/ (р) А/к (р) = 0.

Для виконання цієї умови передаточна функція компенсаційного і шалу повинна мати вигляд

А/к (Р)

6.7

Підвищення якості в комбінованих САР

ісистемах зі змінною структурою

Використання спеціальних структур і відповідних принципів керування є одним із важливих шляхів

їм і пі н це н ня якості САР. Прикладом цього є розглянута раніше комічіижапа САР, яка дає змогу при такому самому значенні коефіцієнті підсилення розімкнутої системи, що й у відповідній системі з кеIпаїпіям за відхиленням, дістати значно меншу статичну помилку м рахунок дії розімкнутого компенсаційного каналу.

311

Глава 6

ПІДВИЩЕННЯ якості ТА СИНТЕЗ

 

ЛІНІЙНИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

Застосовуючи принципи інваріантності в комбінованих САР, можна також зменшити динамічні помилки системи.

У системах зі змінною структурою (див. рис . 1.23) м о ж н а забезпе -

чити перехід від однієї структури САР до іншої із зовсім відмінними, якіснішими динамічними характеристиками.

Не вдаючись у досить складні питання теорії систем зі змінною структурою, яку викладено в окремих монографіях, для висвітлення особливостей таких систем і їхніх можливостей розглянемо рис. 6.10, а, б, де 1 — часова характеристика, що відповідає початковому положенню перемикача П (див. рис. 1.23); 2 — часова характеристика, що відповідає новій структурі, перехід на яку відбувається в момент .

Якби САР працювала із незмінною структурою з характеристикою /, то тривалість перехідного процесу дорівнювала б /п1, а процес був би коливальним зі значними динамічними помилками. При роботі на характеристиці 2 процес був би аперіодичним тривалістю їи2, яка не дуже відрізняється від /ПІ.

При переході САР в момент г1 з характеристики 1 на характеристику 2 завдяки зміні структури (рис. 6.10, б) усуваються динамічні помилки і різко зменшується тривалість перехідного процесу (до ве-

Рис. 6.10

312

6.8.

Використання неодиничних зворотних зв'язків

і

масштабування

6.8

Використання неодиничних зворотних зв'язків і масштабування

у найпростішому випадку (рис. 6.11) при одинич- нному зворотному зв'язку помилку системи за зав-

ІІЛМІІИМ можна записати у вигляді

Щр)

Ах(р) =

Щр)

АУІРУ,

Ау(()

+

 

 

н. ігма працюватиме без помилки за мини Ах(р) = &у(р). Для виконання цієї мини в коло зворотного зв'язку слід ніч < їм ланку з передаточною функцією II „ ,(/>)* І. Тоді

Щр)

Лх(р) = •Ау(р). і + ЩпЛр)ІУ(Р)

Дх(?)

Щр)

>з.,З(Р)=іН

Рис. 6.11

і І І виконання умови Ах(р) = Ау(р)тре6а, щоб

Щр)

=

1

або

Щр)=\ + ЩІЗ(р)Щр),

 

 

,ЛР)"

Щр)~

1

 

 

 

Щр)

 

Оскільки \У(р)— передаточна функція розімкнутої системи, то \\'(р)п () = IVф) = Е і коефіцієнт зворотного зв'язку

^зв.з = 1 ~ 1 АЕ

•.і 11 к ї умови при безінерційній ланці зворотного зв'язку в статичній « ік іемі можна усунути статичну помилку. Технічна реалізація умови може бути виконана на основі рис. 6.12, де крім одиничного від'ємний) шоротного зв'язку введено неодиничний додатний зворотний ш'язок із коефіцієнтом передачі к31і3 = 1 / к2 . За сталого значення /сх І.ІК.і система працюватиме без статичної помилки.

Масштабування. В статичній системі за одиничного зворотного иі'язку маємо Дхст = • Ауст/(1 + ку). Якщо змінити масштаб вхідної

313

Глава 6

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ТА СИНТЕЗ

 

 

 

 

ЛІНІЙНИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

 

Ау(Г)

 

 

Ах\

 

 

1 +

Щр)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Ах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.12.

 

 

 

дії у так, щоб виконувалася рівність тАу

ку

Ах і забезпечували-

 

\

+

ку

ся умови роботи системи без статичної помилки Ах = Ау, то з рівності

т- + ку

1 можна дістати необхідну величину масштабу т\

 

1 +ку

 

т

Рис. 6.13

Якщо ввести таку ланку з передаточним коефіцієнтом т на вході в систему (рис. 6.13), то гіри кЕ = сопзі можна усунути статичну помилку.

6.9

Технічна реалізація коректувальних пристроїв

усхемах автоматизованого електропривода

Найпростішими і досить поширеними коректувальними пристроями у схемах автоматизованого електропривода є пасивні чотириполюсники, побудовані на КС-епе-

ментах (резисторах та конденсаторах). У багатьох книгах з теорії автоматичного керування є спеціальні таблиці, які містять схеми пасивних коректувальних пристроїв, передаточні функції, логарифміч-

314

6.9.Технічна реалізація коректувальних пристроїв

у схемах автоматизованого електропривода

т чарактеристики й формули для розрахунків параметрів, що мі піошдають цим пристроям. Схеми і характеристики деяких най- м і иманіших коректувальних пристроїв подано в табл. 6.1.

Передаточні функції пасивних чотириполюсників, схеми яких їм» ііічи до наведених у табл. 6.1, найпростіше визначити таким чи-

їм,

і

Опори ділянок кола слід записати в операторній формі, тобто

мрініня ги для ємності 2с(р)= 1 /Ср, для актив-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ний» опору 2к(р)= Я. Після цього електричне

 

 

 

 

 

^І(Р)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н» їй слід перетворити на еквівалентний Г-по-

1

 

 

і

 

 

 

 

/інший чотириполюсник, схему якого показа-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІІП її.і

рис. 6.14.

 

 

що навантаження від-

 

і/^р)

 

 

22(р)

 

Щр)

 

Якщо припустити,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• \ ніс, тобто знехтувати струмом вихідного ко-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мі коректувальної ланки порівняно зі струмом

 

 

 

 

 

 

Рис.

6.14

 

м міною кола, то передаточну функцію можна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ми шачити як відношення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С,

 

 

 

 

 

 

 

 

^ ( Р )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Щ р ) = Ш =

 

 

 

 

 

 

- ч

1

 

 

її

1

 

 

 

 

1/{ (р)

 

2 { ( р ) + 2 2

( р )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І

 

Приклад

6.1.

Визначити

передаточну

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• функцію

чотириполюсника,

схему якого

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2 ІЕ.

 

 

показано на рис. 6. 15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р о з в ' я з а н н я . Параметри еквівалент

-

 

 

 

 

 

 

рЦ ( .

^ ] ^

 

 

 

пою Г-подібпого чотириполюсника такі:

 

 

 

 

 

 

 

 

—-—

 

 

 

Р)=

 

 

 

 

 

 

 

 

2г)=К2 + —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 7 Г -

 

=

—^

Скр

;

= —

 

 

С2р

.

 

 

 

 

 

Схр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С2р

 

 

 

 

 

 

 

 

Передаточна функція має вигляд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Щр) =

ЗД _

 

 

С,

 

 

 

К2С2р+\

 

 

 

 

 

 

 

к(Т,р+

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А(Р) + г2{р)

 

с, + с2

 

+ Д2)С,С2

 

 

 

 

 

 

т2р+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с, +с2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С | "Ь

 

 

 

 

г, = к2с2-

т2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І Іасивні чотириполюсники дешеві, надійні, мають досить велику рі шомапітність схем, у кожній з яких можна змінювати параметри в широких межах. Проте пасивні чотириполюсники послаблюють спг-

315

Глава 6

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ТА СИНТЕЗ

 

 

ЛІНІЙНИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

 

 

 

Таблиця 6.1

Но-

 

 

Передаточна функція,

мер

Схема кола

ЛАХ

формули для розрахунків

лан-

ки

параметрів

 

/?

и2

Я, и2

ї

 

Я

и\

С- ~ и2

 

 

 

 

 

ідш

к

Тр+ 1

 

+ 2 0 Д Б / Д Є К

 

 

 

= Т

= кс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Щр)

_к(ТіР+1).

'

ід 1/Т1

 

 

ід 1/Ї2

 

Т2р+\

 

І

^

^

1доі

 

 

 

 

 

 

+ 2 0 Д Б / Д Є К

 

 

т , пг.

Я. Я2С

 

 

 

 

 

 

 

 

Т, = кТ,

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Я,+Я2

 

 

 

ід 1/Т2

 

 

 

Щр)

кр(ТіР+

1)

ід

1/Т,

\ ї ід

1/Тг

3

 

іР+\)(Т2р+\)'

 

 

 

і

 

і

і ід со

к = Я2С2; Т\ = Я2С2,

 

 

 

 

 

 

 

 

Г2 = Л,(С, + С3);

+ 2 0 Д Б / Д Є К '

 

 

 

 

 

 

 

Г, = Л,С,

 

 

 

-20 дБ/дек

 

 

 

 

 

 

 

 

ід

і/т,

 

 

ідсо

 

 

;Т =

ЯС

 

 

 

 

 

 

7> +

- 2 0 Д Б / Д Є К

Я, /?2

и2

їді/Ті

ід і/т2

+ І

С

 

 

 

т; =(Л, + /?2)С;

 

 

 

 

 

X

 

 

 

г2 = Л2С

316

6.9.Технічна реалізація коректувальних пристроїв

усхемах автоматизованого електропривода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Закінчення табл.

6.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАХ

 

Передаточна функція,

 

Схема кола

 

 

формули для розрахунків

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

параметрів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ч

 

н

 

Я2

і'

ід 1/Т2

ід і/т4 тр)-(Т2р+\)(т,р+і)

_

 

 

<

0

іді/тД

ід1/Т3

\(

(7> + 1)(7> + 1)

 

 

 

 

 

 

ід"со

 

 

 

 

X

 

 

 

 

_ (Т2р + 1)(7> + 1).

 

 

 

 

—20 Д Б / Д Є К

+20 дБ/дек

+ а{р+ 1

 

 

 

 

" 2 Т

 

 

 

 

а0

= К[К2С]С2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а | =

+ Н.2С2 + К\С2\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т2 =

Г3 = Д2С2

 

 

 

 

 

 

 

і

 

 

 

 

 

/

/

 

С

Л \

 

0

 

 

00

 

 

1У*

 

 

 

ф

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

я

 

 

 

Тр+ 1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

я

і.іі внаслідок втрат енергії в резисторах, крім того, на їхні характерні піки істотно впливає опір навантаження. Тому в схемах автомаимжаного електропривода частіше застосовуються коректувальні

іристрої на базі операційних підсилювачів.

Иизначаючи передаточну функцію кола з операційним підсилю-

.гц'м, припускаємо, що коефіцієнт підсилення к і вхідний опір /?вх ч>и(>лизно дорівнюють нескінченності; підсилювач вважається безіК'І)ційним. Операційний підсилювач має інвертувальний та неін- «•ріунальний входи. Якщо вхідна напруга подається на інвертувальіп н вхід, то вихідна змінює полярність. Це дає змогу створювати і і гмний зворотний зв'язок.

( хему коректувального кола з операційним підсилювачем пока1111 о на рис. 6.16.

і прийнятого припущення про те, що 7?вх ~ °о? випливає, Щ О ВХІД- НІ 11 струм /их дорівнює нулю, тому струм зворотного зв'язку /2 домити струму І{. Напруга на інвертувальному вході операційного нт илювача £/их дорівнює нулю. Це пояснюється тим, що при

317

Глава 6

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ТА СИНТЕЗ

 

 

 

 

 

 

ЛІНІЙНИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ

 

 

 

 

*2(Р)

 

к = оо будь-яке відхилення 1/вх від

 

 

 

 

нульового значення було б нескін-

/і(р)

(Р)

 

 

ченно підсилене, передане

через

 

 

коло зворотного зв'язку на вхід

 

 

 

 

підсилювача і, будучи інвертова-

 

 

 

 

ним відносно напруги £/вх, ском-

 

 

 

 

пенсувало б її. За цих умов до-

 

 

 

 

сить просто визначити передаточну

 

 

 

функцію

кола з операційним під-

 

Рис. 6.16

 

силювачем. Для схеми (рис. 6.16)

 

 

 

 

=

и{(р) -1{

1 (р);

 

 

 

 

 

 

 

 

иІІХ(р)-^2(р)=Шг2(р),

 

 

 

 

але, якщо врахувати, що £/их

= 0, /,

= /2 , то

 

 

 

 

 

1/1(р)=І1(р)2{(р)

і

І/2(р)

=

2(р)22(р).

 

 

Звідси

передаточна функція матиме вигляд

 

 

 

 

 

Щр) = ї/20>)_

2 АР)

 

 

(6.31)

 

 

 

 

 

А

(РУ

 

 

 

де 2{(р), 22(р) — ПОВНІ опори

в

операторній

формі.

 

 

Із

виразу

(6.31) випливає,

що

вибір

відповідних

значень

2х{р)\

22(р) надає можливість на базі операційного підсилювача створити різноманітні типи регуляторів (коректувальних пристроїв).

Пропорційний регулятор (П-регулятор). Схему регулятора показано на рис 6.17, а. Його передаточна функція має вигляд

я,

Інтегральний регулятор (І-регулятор). Схему регулятора показано

на рис 6.17, б. Вважаючи, що 2{{р)- Я; 12{р)= \/Ср, передаточну функцію дістанемо з (6.31):

ЩР):

и2{р)_

ЧСр.

1

=

 

к

КСр~

Тр

 

 

де Т = КС — стала інтегрування.

(ПІ-регулятор). Схему регу -

Пропорційно-інтегральний

регулятор

лятора показано на рис. 6.17, в. Для цієї схеми

318

 

 

 

6 . 9 . Технічна

реалізація коректувальних

пристроїв

 

 

 

 

 

у

схемах

автоматизованого

електропривода

 

 

 

 

 

 

 

я,

 

 

 

 

 

о

 

я,

 

 

 

 

с

 

 

 

 

>

н

> ! >

иг

о—с

 

Ц2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/?2

с

 

 

я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

Н Ь

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- о

 

О

 

н

- < > >

і/.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иг

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/?2

 

к2

с2

 

с

 

 

 

 

 

 

Ч И

Н

И

 

 

 

 

 

- о

а

с,

 

- о

 

 

 

 

 

 

н ь

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

Ц

 

иг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

6.17

 

 

 

 

 

 

гі(р)=я1;

г2(р)=к2

+

Я2Ср +

1

 

 

 

 

\/ср

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ср

 

 

 

>му передаточна функція

 

 

 

 

 

ІГ(р):

Ц2(р)_

Я2Ср+\

 

 

к„

+

 

 

 

 

сяіР

Л,

СК\Р

 

 

 

УЛР)

 

 

Т,Р;

 

Д„

Л', /Л,

коефіцієнт передачі пропорційної складової;

І

СЯ,

 

стала

інтегрування.

 

 

 

 

319

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]