Вопрос 17

Объясните назначение корректирующих звеньев в системах автоматического регулирования с указанием места их установки. Начертите схемы пропорционального, интегрального, апериодического, дифференциального, пропорционально-интегрального активных корректирующих элементов на базе операционных усилителей. Запишите передаточные функции элементов в операторной форме, начертите динамические характеристики. Укажите достоинства и недостатки по сравнению с пассивными корректирующими элементами

Ответ 17

Назначение корректирующих звеньев в системе автоматического регулирования состоит в том, чтобы придавать системам желаемые динамические свойства с целью получения желаемой передаточной функции замкнутой системы. Корректирующие звенья включаются как последовательно, так и параллельно динамическим звеньям системы. Корректирующие элементы включают в прямые каналы управления, а также в каналы ОС. Исходя из найденной передаточной функции, осуществляется практическая реализация коррекции. В качестве корректирующих устройств применяют различные сочетания конденсаторов и резисторов – пассивные КЭ, а также корректирующие устройства с функцией усиления – активные КЭ.

Для получения высоких коэффициентов передачи в процессе преобразования сигнала применяют активные корректирующие элементы. В качестве активных элементов используют ОУ. Они обладают большим входным и низким выходным сопротивлением. ОУ и комбинации пассивных элементов, которые включаются на вход и в ОС ОУ дают возможность получить сложные передаточные функции. Это определяет простоту конструирования и большое количество функций для коррекции. При высоком коэффициенте усиления (Ку>>1) и глубокой отрицательной связи, охватывающей ОУ передаточная функция будет зависеть только от параметров элементов ОС и входной цепи. Наиболее часто встречающиеся АКЭ, на базе которых создаются аналоговые регуляторы

Пропорциональное звено (П-регулятор)

Реализуется сопротивлениями в цепи ОС и во входной цепи. ПФ П-звена

Wп (p) = Rос / Rвх = К

Интегральное звено (И-регулятор)

Реализуется при помощи емкости в цепи ОС и сопротивления на входе ОУ. Wи (p) = 1 / Тр,

где Т – постоянная времени звена. Т = Rвх Сос

Апериодическое звено (А- или ИП-регулятор) – инерционное звено первого порядка. Часто используется в качестве активных фильтров. Образуется параллельным соединением Сос и Rос в цепи ОС и Rвх на входе

Wa (p) = К (1 / (Тр + 1)), где К = Rос / Rвх; Т = Roc Cос.

Пропорционально-интегральное звено (ПИ-регулятор)

Реализуется при помощи емкости и сопротивления в цепи ОС и сопротивления на входе. Wпи (p) = Т2р + 1 / Т1р,

где Т1 = Rвх Сос; Т2 = Roc Cос

Дифференциальное звено (Д-регулятор)

Образуется емкостью на входе и сопротивлением в цепи ОС ОУ. Wд (p) = Тр, где Т = Roc Свх

В реальных случаях для уменьшения пульсаций выходного сигнала последовательно с конденсатором включается резистор R1 (пунктир).Тогда ПФ реального Д-звена

Wрд (p) = К Тр / (Тр + 1), где К = Roc / Roc 1; Т = Roc Свх