Задача синтеза регуляторов

При исследовании системы автоматического управления обычно решают одну из следующих задач: синтеза или анализа. При анализе структура и параметры САУ известны, требуется определить поведение в заданных условиях. Во втором случае, для заданного объекта управления требуется построить управляющее устройство, которое обеспечит требуемые значения показателей качества.

В задачу синтеза входит выбор структуры и параметров управляющего устройства (регулятора), при которых САУ будет устойчива, иметь необходимую точность воспроизведения задающего воздействия и качество переходного процесса.

Основными этапами решения задачи синтеза управляющих устройств являются:

1. формулировка технического задания на проектирование на основе анализа возможных режимов САУ (установившихся и переходных), возмущающихся воздействий, необходимой точности, ограничений на управляющие и регулируемые параметры, времени работы и др. Разрабатывается функциональная схема САУ, выбирается тип исполнительных, усилительных, измерительных устройств, вид используемой энергии и т.д.

2. проектируется структура управляющего устройства на основе следующих требований к качеству:

· статическая ошибка при подаче на вход САУ единичного ступенчатого воздействия не должна превышать допустимого значения или быть равной нулю;

· максимальное перерегулирование в системе не должно превышать допускаемого перерегулирования ;

· время переходного процесса не должно превышать допускаемого значения;

· максимальное ускорение выходной переменной при заданных условиях не должно превышать допустимого значения и т.д.

Область допустимых значений прямых показателей качества регулирования для наглядности представляют в виде «коробочки Солодовникова» [14] (рис. 34).

Рисунок 34 – Область допустимых значений показателей переходной характеристики [14]

3. Рассчитываются параметры управляющего устройства, используя либо методы, направленные на обеспечение требований к качеству регулирования, либо метод подбора, при котором оператор системы должен как можно точнее соответствовать желаемому оператору.

4. Анализ устойчивости САУ с учетом вычисленных на шаге 3 значений параметров регулятора и проверка соответствия скорректированной системы требованиям, сформулированным в техническом задании. В случае не удовлетворительного результата, возвращаемся ко второму и третьему шагу.

5. Аппаратная реализация устройства управления, т.е. разработка принципиальной схемы в соответствии с выбранной структурой и рассчитанными параметрами.

6. Испытания синтезированной САУ.

На рисунке 35 показаны переходные характеристики некоторого технологического объекта (О) и систем регулирования, построенных на его основе и реализующих один из типовых алгоритмов регулирования (П, И, ПИ, ПД, ПИД). Диаграммы изменения выходного сигнала получены в ответ на единичное ступенчатое воздействие, настройки каналов регулирования назначались таким образом, чтобы обеспечить одинаковый запас устойчивости.

Рисунок 35 – Переходные процессы в объекте и в системе объект - регулятор

По результатам анализа графиков переходных характеристик следует отметить, что:

· наибольшее время переходного процесса и перерегулирование наблюдается в системе с И-регулятором;

· наименьшее время переходного процесса в системах с П- и ПД-регулятором, но в обоих случаях присутствует статическая ошибка;

· время переходного процесса и перерегулирование в системе с ПИ-регулятором оказываются больше, чем с ПИД-регулятором на 25-30%.