Ответы к ГосЭкзамену 220402 (Информатика), страница 7

До начала разработки системы управления сообщаютсянеобходимые для этого исходные данные: свойства управляемого объекта, характер действующих на неговозмущений, цель управления и требуемая точность управления. К объекту управления относится егоуправляющий орган, через который передаётся воздействие на объект от управляющего устройства.8. Синтез систем автоматического управления. Виды корректирующихзвеньев.См. Susu26.pdf, глава 7ОСНОВНЫЕ ВИДЫ КОРРЕКТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ.Для того, чтобы добиться желаемого качества процессов управления (устойчивость, качество переходного процесса, точность отработки заданного входного воздействия) в систему вводят, как правило, дополнительные динамические устройства (звенья), которые называются корректирующими устройствами.Основная задача корректирующих устройств состоит:Сделать систему управления устойчивой, если она без них была неустойчивой.Обеспечить требуемые качества переходных процессов.Обеспечить заданную точность отработки известных входных воздействий.Различают следующие основные виды корректирующих устройств.Последовательное корректирующее устройство.

Его передаточную функцию обозначим каквключается в контур управления динамическим объектом с передаточной функциейзано на рисунке 1.Gs E s Wк s U s Рис. 1.Wо s X s Wк s . ОноWо s так как пока-18U s На рисунке 1 обозначено через- изображение по Лапласу управляющей функцииредаточная функция разомкнутой системы будетut . Тогда пе-W s  Wк sWо s.(1)Возможно и другое включение последовательного корректирующего устройства, например, так какпоказано на рисунке 2.G s E s U s W о1 s Wо s X s W к s Рис. 2.W s о1На рисунке 2 обозначено через- передаточная функция части автоматической системы, котораяне подлежит изменению.

Для такого включения последовательного корректирующего устройства передаточная функция разомкнутой системы будетW s  Wо1sWк sWо s.Параллельные корректирующие устройства. Параллельные корректирующие устройства представляют собой дополнительные местные обратные связи. Передаточную функцию параллельного корректирующегоW s осустройства обозначим как. Параллельное корректирующее звено в контур управления автоматической системы может быть включено так, как показано на рисунке 3.G s E s U s W о1 s Wо s X s W ос s Рис. 3.Для такого включения корректирующего устройства передаточная функция разомкнутой системы будетW s  Wо1s Wо s 1Wо1s Wос s .W s  W s (2)оскПередаточные функции корректирующих устройствимогут иметь произвольный вид. Важно, чтобы они допускали наиболее простую техническую реализацию.

В контуре управленияW s одинамическим объектом с передаточной функциеймогут быть:Только последовательные корректирующие устройства.Только параллельные корректирующие устройства.Совокупность и параллельных и последовательных корректирующих устройств.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА.Рассмотрим наиболее часто применяемые типы последовательных корректирующих устройств.19Введение производной от ошибки.Это простейший способ улучшения качества переходного процесса. Структурная схема системы вэтом случае может иметь вид, показанный на рисунке 4.Технически это может быть осуществлено различными способами (устройствами), при чем производная может быть реализована не в чистом виде, а с инерциальностью, например, в виде звена с передаточной функцией видаWк s  G s TsT1s 1E s .U s Wо s X s TsРис.

4.Передаточная функция разомкнутой системы, показанной на рисунке 4, будетW s  Ts 1Wо s.s  j в последнем равенстве, получим амплитудную и фазовуюВыполнив замену переменнойчастотную характеристики разомкнутой системы в видеA   A0   T 2 2 1гдеA0    0  ,    0   arctg T ,,- амплитудная и фазовая частотные характеристики объекта управления.Существенным здесь является то, что при введении сигнала по производной от ошибки как бы добавляется положительная фаза. Вследствие этого радиус-векторы амплитудно-фазовой характеристики поворачивается против часовой стрелки, увеличивается запас устойчивости и улучшается качество переходного процесса.

Соответствующие типовые амплитудно-фазо-частотные характеристики представлены на рисунке 5.Wо  j V   0U  1W  j Рис. 5.В случае не идеального дифференциирующего звена (дифференциирующее звено с инерцыальностью) этот эффект несколько уменьшается, но качественно он сохраняется. Введение производной от ошибки может служить также и стабилизирующим средством, превращает неустойчивую систему в устойчивую.20Увеличение общего коэффициента усиления разомкнутой системы.Это метод повышения точности системы автоматического управления (уменьшаются все типы установившейся ошибки).

Увеличение общего коэффициента усиления разомкнутой системы достигается введением последовательно объекту управления усилительного звена. Но увеличение общего коэффициентаусиления разомкнутой системы ведет к уменьшению запасов устойчивости, а это значит, что качество процессов управления ухудшаются. Поэтому этот способ коррекции часто приходится делать одновременно свведением производной от сигнала ошибки системы.Введение интеграла от сигнала ошибки системы.Этот метод коррекции системы управления позволяет создать или повысить астатизм системы, чтоприводит к повышению точности системы.

В этом случае структурная схема системы будет иметь вид, показанный на рисунке 6.Gs E s 1sU s Wо s X s Рис. 6.Передаточная функция разомкнутой системы равна1W s   Wо s s.s  j , получаемПодставив в последнее равенствоA  A   0     0   ,2,2Вследствие поворота фазы на, ухудшаются условия устойчивости и качества переходного процесса.Соответствующие типовые амплитудно-фазо-частотные характеристики представлены на рисунке 7.Wо  j V   0U  1W  j Рис. 7.Иногда введение интеграла от сигнала ошибки системы может привести к потере устойчивости замкнутойсистемы.21Изодромное корректирующее устройство.Изодромное корректирующее устройство имеет передаточную функцию видаWк s  Ts 1Ts.Изодромное корректирующее устройство объединяет в себе введение интеграла и производной от сигналаошибки автоматической системы.

Оно позволяет избежать недостатки корректирующего устройства, повышающего астатизм системы, так как при этом сохраняются устойчивость и качества переходных процессов вавтоматической системы. Это объясняется тем, что изодромное корректирующее устройство изменяет лишьнизко часть амплитудно-частотной характеристики системы, которая влияет на точность системы (повышает последнюю), а отрицательный сдвиг фазы в этой области частот невелик.Поскольку передаточную функцию изодромного корректирующего устройствапредставить в видеWк s   1Wк s  можно1Ts,то структурную схему системы управления можно представить в виде, показанною на рисунке 8.Gs E s U s Wо s X s 1TsРис.

8.Из рисунка 8 следует, что изодромное корректирующее устройство формирует управляющий сигналкак сумму сигнала ошибки системы и его интеграла.ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА.Параллельные корректирующие устройства осуществляют изменение динамических свойств автоматической системы за счет местных обратных связей. Обобщенная структурная схема с параллельным корректирующим устройством может быть представлена так, как показано на рисунке 9.G s E s U s W о1 s Wо s X s W ос s Рис. 9.Рассмотрим следующие основные виды параллельных корректирующих устройств.Жесткая обратная связьWос s  kос.22Wос s  kосTос s 1 .Инерционная обратная связьWос s  kос sГибкая обратная связь.Wос s  kос sTос s 1 .Инерционная гибкая обратная связьВозможны и более сложные передаточные функции корректирующих параллельных устройств.

Проиллюстрируем на примерах основные свойства этих корректирующих звеньев. При этом будем рассматриватьфрагмент структурной схемы, который представлен на рисунке 10.X1sWо sX ос sX 2 sWос sРис. 10.Положительная жесткая обратная связь.Пусть объект управления с передаточной функциейсвязью с передаточной функциейна рисунке 11.Wос s Wо s .

Тогда структурная схема системы принимает вид, показанныйX1sWо sX ос sX 2 sWос sРис. 11.Пусть теперьWо s  охвачен положительной обратнойkTs 1W s  kосос .,Тогда передаточная функция разомкнутой системы будет равнаWо s 1Wо s Wос s kW s  Ts 1k kос  ,W s  W s  k1T1s 1,,23k1 гдеk1k kосT1 T1k kос,.Следовательно, положительная обратная связь может служить для увеличения коэффициента усиления. Но надо иметь в виду, что одновременно с этим увеличивается и постоянная времени, то есть инер-ционность звена, а приkос 1kразомкнутая система становится неустойчивой.Отрицательная жесткая обратная связь.Пусть объект управления с передаточной функциейзью с передаточной функциейрисунке 12.Пусть теперьWос s Wо s охвачен отрицательной обратной свя-.