Задача синтеза систем автоматического управления. Основные понятия и определения. Требования к электромеханической системе, страница 3

Исходные данные для синтеза могут быть определены одним из способов:

1.  Задана структура системы и часть ее параметров. Необходимо выбрать такие значения варьируемых параметров, при которых обеспечивается выполнение технических требований к системе. (Параметрический  синтез)

2.  Задана часть структуры системы (неизменяемая часть). Выбору подлежат структура и параметры корректирующие устройства или управляющее устройство в целом. (Структурно - параметрический синтез регулятора)

И с учетом такого, ограниченного подхода, целью оптимизации систем автоматического управления является удовлетворение прежде всего первой группе требований, то есть заданным динамическим и статическим характеристикам желаемой системы.

Требования этой группы традиционно делятся на несколько подгрупп:

·  требования к точности в установившихся режимах, в том числе при различных входных воздействиях,

·  требования к запасу устойчивости,

·  требования к поведению системы в переходных режимах, в том числе по переходной характеристике.

Для любого режима работы системы автоматического управления теоретически можно обеспечить нулевую ошибку  . Но практически идеального равенства  добиться невозможно, так как на результат влияет множество факторов.

Например, для типового режима, когда входные воздействия постоянны:  , , статическая ошибка представляется как .  Каждое слагаемое определяется соответствующим воздействием (входное, преобразователи, возмущение).

Ошибка, определяемая возмущением  .

Для статических систем  ,   ,   .

Здесь К иn- коэффициенты статизма разомкнутой системы (характеристики ошибок) по заданию и возмущению соответственно.

Исходя из допустимой величины ошибки в системе и характера возмущения можно определить требуемое значение коэффициента усиления замкнутой системы. Аналогично можно определить данную величину исходя из требований к величине ошибки по заданию.

С целью обеспечения требуемых динамических свойств в рассмотрение принимаются переходная и импульсная характеристики системы, а именно их показатели:

·  перерегулирование;

·  время переходного процесса;

·  время нарастания (первого согласования);

·  время запаздывания;

·  число колебаний за время переходного процесса.

Для придания системе в переходных режимах требуемых свойств разработано значительное количество методов. Так, при использовании метода логарифмических амплитудных характеристик (ЛАХ) синтез системы выполняется в несколько этапов:

1)  построение располагаемой ЛАХ (объекта управления),

2)  построение желаемой ЛАХ,

3)  определение вида и параметров корректирующего устройства.

             Здесь обозначены - располагаемая передаточная функция объекта (неизменяемой части системы),    - передаточная функция корректирующего звена,     - желаемая передаточная функция разомкнутой системы.

При переходе к логарифмическим характеристикам получаем:

, откуда  . Дальнейшая реализация корректирующего устройства сводится к выбору пассивных, либо активных (на базе операционных усилителей) четырехполюсников.  При проектировании звеньев параллельной коррекции выполняется соответствующий пересчет последующего корректирующего звена.

При построении желаемой ЛАХ решается одновременно две задачи - обеспечение требуемой точности и приемлемых динамических свойств. Низкочастотная зона желаемой ЛАХ строится для обеспечения заданной точности системы, а среднечастотная - для получения требуемого качества переходных процессов. У логарифмической характеристики имеется еще один важный участок: высокочастотная область,  определяющая устойчивость синтезируемой системы, которая  к этапу синтеза оказывается уже выбранной. Поэтому "ответственной" за динамику является среднечастотная зона желаемой ЛАХ синтезируемой системы.