Методика расчета систем подчиненного регулирования.
Развитие техники регулирования открыло большие возможности для совершенствования средств и методов управления автоматизированными электроприводами, электромеханическими системами, в структуру которых входят, в частности, электроприводы, и решения задач автоматизации технологических процессов. В последние годы характерным направлением является создание унифицированных систем регулирования с последовательной коррекцией, выполняемой активными звеньями, построенными на операционных усилителях как в аналоговом так и дискретном исполнении. К основным достоинствам таких систем относятся: возможность реализации с высокой точностью желаемых передаточных функций и, как следствие, достижение хороших динамических показателей процесса регулирования, малая мощность сигналов управления, что позволяет применять датчики и задатчики регулируемых параметров с малой потребляемой мощностью; легкость и простота наладки; возможность широкой унификации схем и конструкции элементов, в том числе различного рода сопрягающих и других устройств.
Системы подчиненного регулирования с последовательной коррекцией представляют собой многоконтурную систему последовательного действия. Каждый контур этой системы имеет отдельный регулятор, выполняющий функции последовательного корректирующего звена, который настраивается в соответствии с передаточной функцией объекта регулирования этого контура.
Отличительной особенностью систем подчиненного регулирования последовательного действия является подчиненное регулирование основных параметров объекта регулирования. Число соподчиненных контуров регулирования, а, следовательно, и число регуляторов равны числу регулируемых параметров объекта. На выход каждого регулятора подаются сигналы заданного и действительного значений регулируемого параметра, при этом регулятор предыдущего контура, начиная с первого внешнего контура, вырабатывает сигнал задания для последующего контура. Способ подчиненного регулирования позволяет легко вводить ограничения параметров, а также относительно просто осуществлять расчет и реализацию систем.
Системы последовательного действия, называемые далее системами подчиненного регулирования, получают все более широкое распространение и реализуются в форме унифицированных блочных систем регуляторов (УБСР) и комплектных устройств управления.
7.1. Обобщенная структурная схема и передаточная функция системы подчиненного регулирования.
Принцип построения систем подчиненного регулирования состоит в том, что объект регулирования, в общем случае, разбивается на n подобъектов, включенных последовательно, каждый из которых представляет собой, как правило, типовое динамическое звено с соответствующим выходным параметром, перед которыми последовательно (каскадно) включаются n регуляторов, а каждый регулятор с соответствующим подобъектом охватывается отрицательной обратной связью и, таким образом, организуется n контуров регулирования обобщенная структурная схема системы подчиненного регулирования, построенная по данному принципу, приведена на рис. 7.1. Согласно этой схеме, на входе каждого регулятора соответствующего контура регулирования осуществляется сравнение сигналов пропорциональных заданному и действительному значениям входного сигнала (координаты) данного контура, а выходной сигнал регулятора является задающим сигналом для последующего внутреннего контура. Таким образом, в подчиненной системе регулирования образуется n соподчиненных контуров регулирования соответствующих параметров.
В рассматриваемых системах каждый контур регулирования содержит, как правило, только одну большую постоянную времени, компенсируемую регулятором, что значительно упрощает структуру регулятора, синтез системы в целом и позволяет применять однотипные регулирующие элементы.
Согласно структурной схеме, приведенной на рис. 7.1, каждый контур системы можно представить в виде двух звеньев – регулятора и подобъекта регулирования. Объект регулирования контура включает в себя один из подобъектов на которые разбит объект регулирования и замкнутый контур регулирования, являющийся внутренним по отношения к рассматриваемому контуру.
Рис. 7.1. Структурная схема системы подчиненного регулирования с последовательной коррекцией.
В соответствии с этим передаточные функции замкнутых контуров регулирования, в соответствии с обозначениями на рис…., запишутся в следующем виде:
;
;
;
…………………………………....
.
Из этих выражений для передаточных функций замкнутых контуров регулирования следует, что передаточную функцию любого конура регулирования можно представить в следующем виде:
,
(7.1)
где
- передаточная функция объекта
регулирования соответствующего контура.
Исходя из
полученной передаточной функции следует,
что передаточные функции всех контуров
идентичны и решение вопроса определения
структуры и параметров регуляторов
выполняется по одной методике. Необходимо
отметить, что объектом регулирования
первого внутреннего контура является
первый из подобъектов регулирования,
на которые разбит общий объект
регулирования, т.е.
.
Кроме этого, необходимо отметить, что в данной структуре имеется возможность ограничения любого регулируемого параметра или его производных на постоянном и изменяемом уровне путем введения в структуру соответствующего контура дополнительного нелинейного звена или дополнительного нелинейного контура регулирования.