Корректирующие устройства

Если путем изменения параметров системы не удается повысить качество регулирования, то применяют другой способ – изменение структуры системы путем ввода дополнительных звеньев – корректирующих устройств.

Основная задача корректирующих устройств (К.У.) состоит в улучшении точности системы и качества переходных процессов. К тому же введение К.У. позволяет сделать систему устойчивой, если она была неустойчивой и добиться желаемого качества регулирования.

Различают четыре основных вида корректирующих устройств.

Последовательные корректирующие устройства или корректирующие фильтры, которые могут описываться различными передаточными функциями. Тогда общая передаточная функция разомкнутой цепи будет:

W(s) = W_k(s)W_o(s)

Параллельные корректирующие устройства, выполняемые в виде дополнительных местных обратных связей.

Корректирующие устройства по внешнему воздействию.

Неединичная главная обратная связь.

a) б) в)

Рисунок 4.3 – а) – Последовательное корректирующее устройство; б) - параллельное корректирующее устройство; в) - корректирующее устройство по внешнему воздействию

Передаточные функции корректирующих устройств могут иметь в общем случае произвольный вид, но наиболее часто применяются определенные типы К.У., которые мы и рассмотрим.

Последовательные корректирующие устройства

Введение производной от ошибки – простейший метод улучшения качества переходного процесса. Структурно введение производной выглядит так, как показано на рисунке 4.4. Технически это может быть выполнено различными устройствами, причем производная может быть не в чистом виде, а, например, с инерционностью.

Рисунок 4.4 – Структурная схема звена с введением производной по ошибке

Передаточная функция разомкнутой цепи с идеальной производной будет:

W(s) = (Ts + 1)W_o(s)

Заменив s = jw, получим амплитуду и фазу в виде:

;

Существенным здесь является то, что при введении производной добавляется положительная фаза. Вследствие этого радиус векторы АФХ поворачиваются против часовой стрелки, увеличивая запас устойчивости и улучшая качество переходного процесса.

В случае неидеального дифференцирования (с инерционностью) этот эффект несколько уменьшается количественно, но качественно он сохраняется.

Введение производной может служить и стабилизирующим средством, т.е. превращать неустойчивую замкнутую систему в устойчивую.

Увеличение общего коэффициента усиления К разомкнутой цепи является методом повышения точности системы. При этом уменьшаются все виды установившихся ошибок системы. Увеличение К осуществляется последовательным введением усилительного звена в общую цепь. Но увеличение К ведет к ухудшению условий устойчивости и, следовательно, ухудшению качества переходного процесса. Поэтому часто приходится это делать одновременно с введением производной.

Введение интеграла от ошибки является методом создания или повышения порядка астатизма системы, а значит, и увеличения ее точности (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Структурная схема звена с введением интегратора

Передаточная функция будет иметь вид:

подставив s = jω, получим:

,

Вследствие поворота фазы на – 90^о ухудшаются условия устойчивости и качество переходного процесса. Иногда это может привести и к неустойчивости замкнутой системы, если окажется точка (–1;j0) внутри характеристики, хотя исходная и не охватывала точку (–1; j0).

Следовательно, при повышении статической точности путем введения интегрирующего звена могут оказаться необходимыми мероприятия по сохранению запасов устойчивости САР.

Значительно лучших результатов добиваются при получении астатизма с помощью изодромного звена, т.е. звена с передаточной функцией:

,

где T_i = 1/k_i – постоянная времени изодрома.

Если постоянная времени достаточно велика, то запас устойчивости может быть сохранен неизменным. Уменьшение передаточного коэффициента разомкнутой системы должно быть скомпенсировано увеличением коэффициента усиления усилителя. Следует учитывать, что при большом значении T_i могут увеличиться старшие коэффициенты ошибки. Структурно изодромное устройство можно представить так, как показано на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 - Структурная схема изодромного устройства

Следовательно, если в случае простого введения интеграла регулирование в системе производится не по величине ошибки, а только по интегралу от нее, то при изодромном устройстве мы получаем регулирование по ошибке и по интегралу.

Астатизм САР относительно задающего воздействия можно обеспечить и более простыми способами – неединичной обратной связью и масштабированием. Эти способы рассмотрены выше.

Параллельные корректирующие устройства

Рассмотрим параллельные корректирующие устройства в виде обратных связей.

Основные виды корректирующих обратных связей следующие:

· жесткая обратная связь: W_oc= k_oc

· инерционная жесткая обратная связь: W_oc = k_oc/(T_ocs + 1)

· гибкая обратная связь: W_oc = k_ocs;

· инерционная гибкая обратная связь: W_oc = sk_oc/(T_ocs + 1).

Возможны и более сложные передаточные функции корректирующих обратных связей. В общем виде схема с корректирующей обратной связью представлена на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 - Общая схема систем регулирования с корректирующей обратной связью