Повышение качества работы системы автоматического регулирования, страница 2

Мы видим, что имеется неоднозначность в выборе системы уравнений

Т.к. , то Т₁ можно пренебречь по сравнению с Т₂. Тогда

Схема САР, настроенной на СО (рис.5)

3.  Моделирование и выбор обеих частей регулятора

Определим значение интегральной составляющей U_I в установившемся переходном процессе. Изменяем значения настроечных параметров(k_p увеличиваем, Т_р - уменьшаем) таким образом, что бы динамическое падение выхода Х при набросе нагрузки было бы существенно меньшим, а установившееся значение интегральной составляющей 2-го интегратора было бы меньше, чем у 1-го.

Из сравнения обоих графиков переходных процессов примерно определяем точку переключения с 1-го регулятора на 2-й для существенного улучшения качества переходных процессов.

Теперь важно сформировать условия для составления моделирующей программы с переключением с первого регулятора на второй и при котором надо переключаться.

Если полученное отклонение выхода больше чем предыдущее (I-ая половина работает 2-й регулятор). Далее, если получаемое отклонение меньше предыдущего, то надо сравнивать и 2-е условие:

если- второй регулятор;

если - то переключаем на первый регулятор.

4.  Синтез модели САР с переключением регулятора

Исходя из вышеизложенных положений и после уточнений структур с переключением регуляторов оптимальной надо признать следующую схему (Рис.6)

Здесь принята следующая форма представления ПИ-регулятора

- эта форма представления не противоречит ранее приводимой, т.к. ,

В начале переходного процесса по возмущению, когда выходная величина отклоняется от заданного значения, работает вторая структура регулятора.

В ходе переходного процесса выходная величина после достижения max отклонения возвращается к заданному значению. В это время отклонение еще большое, поэтому продолжает работать 2-й регулятор. Перед достижением выходной величины заданного значения, в работу вступает 1-й регулятор.

В результате можно ожидать плавного подхода к заданной величине. Особенностью этой схемы является суммирование интегральных составляющих первого и второго регуляторов. Когда происходит смена регуляторов интегральная составляющая продолжает нарастать.

На основе данной схемы была составлена схема моделирования САР с переключением регуляторов в среде MatLab6.

5.  Выбор сглаживающего фильтра при набросе сигнала задания

Настройка на СО при набросе задания обуславливает большое перерегулирование. Тем более колебательным было бы переключение с СО на еще более резкий регулятор второй структуры. Для устранения этого явления следует применить стандартный прием – подать управляемый сигнал на элемент сравнения через сглаживающий фильтр виде апериодического звена I – го порядка с передаточной функцией:

Тогда окончательная схема с передаточной САР с переключениями структур получается следующей (см. Рис.7). Подбираем величину Т_ф, чтобы при набросе Uз перерегулирование было не большим не более 5%. Одновременно смещаем во времени сигналов во вход фильтров и сигнала нагрузки. В результате на графике видны общая кривые переходного процесса, как при набросе задающего сигнала, так и при набросе сигнала, так и при набросе сигнала возмущения. Кривая переходного процесса по возмущению вточности повторяет кривую из предыдущей схемы со сдвигом вверх, которая получена от сигнала задания.

Заключение:

При решении данной задачи использовали принцип декомпозиции, т.е. разбиение исходной задачи на отдельные части. В нашем случае 2 части:

1.  Синтез системы для лучшей компенсации наброса нагрузки в переходном процессе.

2.  подбор сглаживающего фильтра для хорошего переходного процесса по сигналу задания.

Система синтезирована, как соединение обоих ее частей.

Если настройки на СО вычислялись аналитически по передаточной функции, то  выбор колебательной структуры, установок срабатывания ключей и постоянную времени фильтров определяют путем моделирования отдельных частей и всей системы в целом в среде Matlab 6 Realese12. В результате аналитических методов, общих подходов, правил синтеза САР и приемов моделирования, удалось решить поставленную задачу.