Системы подчиненного управления. Основы теории. Системы с параллельной и смешанной коррекцией

Лекция 9

СИСТЕМЫ ПОДЧИНЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Основы теории

          Любая САУ должна удовлетворять следующим требованиям:

·  система должна быть устойчивой;

·  погрешность (ошибка) в установившемся режиме (иногда и в переходном) не должна превышать заданной;

·  система должна обеспечивать заданное качество переходных процессов.

Часто эти требования оказываются противоречивыми.

Для обеспечения устойчивости системы и её показателей качества используют корректирующие звенья, которые могут быть включены либо в прямой канал усиления (последовательная коррекция), либо в местные (внутренние) обратные связи (ОС), охватывающие часть функционально необходимых элементов (параллельная коррекция). Возможно совместное использование этих способов коррекции – смешанная коррекция.

Системы с параллельной и смешанной коррекцией представляют собой многоконтурные системы регулирования.

Параллельная и последовательная коррекция имеют свои достоинства и недостатки. При применении параллельной коррекции стабильность характеристик  системы повышается за счет звеньев, охваченных обратной связью. Влияние помех на корректирующее устройство, включенное в цепь обратной связи, значительно меньше, чем при включении его в прямой канал, поскольку в первом случае сигнал обратной связи снимается с выхода системы, представляющей собой фильтр низких частот.

Основными  недостатками параллельной коррекции являются сложность расчета системы и большая трудоёмкость настройки системы.Контур, образованный местной ОС, сам по себе может оказаться неустойчивым, возникают трудности также и суммированием сигналов. Кроме того, систему с параллельной коррекцией следует всегда рассматривать как единое целое - в большинстве случаев изменение одного из параметров требует перерасчета и перестройки всей системы. В этом отношении системы с последовательной коррекцией выгодно отличаются от систем с параллельной коррекцией, особенно при большом числе регулируемых параметров и высоких требованиях к качеству регулирования.

          Одной из разновидностей систем с последовательной коррекцией являются системы подчиненного управления. Они представляют собой многоконтурные системы последовательной коррекции. Простые и удобные для практики способы расчета и настройки контуров систем с последовательной коррекцией позволяют, даже при значительных погрешностях в определении динамических параметров объекта, получать вполне работоспособную систему управления. Такие системы вводят в эксплуатацию  методом последовательной настройки контуров системы управления (в отличие от систем параллельной коррекции). Большим достоинством систем с последовательной коррекцией является возможность ограничения любого из регулируемых параметров на заданном уровне.

g₃(s)         g_2з(s)           g_1з(s)

  Рис.1 Структурная схема многоконтурной системы с последовательной коррекцией

В системах с подчиненного управления объект регулирования разбивается на части, число которых равно числу регулируемых параметров системы.Главным параметром является тот, который определяет основную цель автоматического регулирования. Остальные параметры вспомогательные, они подчинены главному параметру; кроме того, вспомогательные параметры также находятся в подчинении один с другим.

Передаточная функция объекта регулирования в любом из контуров системы, кроме первого, имеет вид:

, где - передаточная функция оптимизированного внутреннего замкнутого контура.

Оптимизация контура регулирования

Идеальный режим контура регулирования был бы достигнут в том случае, если бы регулируемая величина реагировала на изменение задающей без запаздывания и без появления колебаний. Такое поведение описывается уравнениями

  или  ,     т.е. .

Вместе с тем, если бы регулируемая величина никак не реагировала на изменения возмущения, должны были бы выполняться условия

  или    ,     т.е..

Препятствием для такого идеального поведения контура является инерционность объекта регулирования, обусловленная всеми его звеньями. По этой причине возникает задача разработать и применить регулятор такого типа, который наиболее полно мог бы ликвидировать влияние инерционных звеньев объекта.  Такую задачу и называют оптимизацией.

Переходная функция  и её характеристики

                               Рис.2 Переходная функция системы