4. Регулирование объектов с чистым запаздыванием. Упредите ль Смита

Наличие существенного чистого запаздывания в объекте регулирования резко ухудшает качество регулирования. Одним из способов повышения качества регулирования в этом случае является охват регулятора местной отрицательной обратной связью.

Пусть ,

где - передаточная функция объекта без учета чистого запаздывания.

Рассмотрим структурную схему АСР ( рис. 56)

Выберем передаточную функцию местной обратной связи так, чтобы эквивалентный объект не содержал чистого запаздывания:

. (132)

Поскольку

, (133)

приравнивая правые части (132) и (133), находим

. (134)

Местная обратная отрицательная связь с передаточной функцией (134) называется упредителем Смита. Как видим из (134), упредитель Смита реализуется в виде последовательного соединения звеньев и . Итак, для реализации упредителя Смита необходимо знание модели объекта регулирования. Если эта модель известна неточно, или ее параметры изменяются во времени, эффект от введения упредителя Смита снижается.

В установившемся режиме , поэтому введение упредителя Смита не приводит к возникновению статической ошибки регулирования. В динамике, поскольку выполняется условие (132) (эквивалентная передаточная функция объекта не содержит чистого запаздывания), качество переходных процессов в замкнутой АСР улучшается.

6. Расчет настроек цифровых регуляторов [2 5]

Системы с цифровым вычислительным устройством в контуре называют системами непосредственного или прямого цифрового управления (НЦУ).

Достоинства систем НЦУ по сравнению с аналоговыми системами:

1. Гибкость - простота перенастройки изменением программного обеспечения,

2. Возможность реализации практически любой структуры АСР и самых различных законов регулирования,

3. Возможность построения многоканальных систем (систем обегающего типа) – один регулятор поочередно подключается к нескольким каналам регулирования,

4. Возможность реализации помимо функции регулирования других функций информационной подсистемы АСУТП (первичная обработка сигналов, косвенная оценка неизмеряемых параметров и т.п.),

5. Возможность управления чрезвычайно инерционными объектами.

Цифровой регулятор характеризуется двумя особенностями, обусловленными принципом работы цифровых устройств: квантованием сигнала по уровню и времени.

Квантование сигналов по уровню в цифровых устройствах происходит вследствие преобразования аналогового сигнала в цифровой код с помощью АЦП. При этом непрерывный сигнал заменяется ступенчатым, который может принимать конечное число фиксированных по уровню значений (уровней квантования) (рис. 57)

Рис. 57.

При этом число уровней квантования и величина шага квантования зависят от количества разрядов АЦП и диапазона изменения преобразуемого сигнала. Абсолютная ошибка при квантовании по уровню равна шагу квантования, определяемому соотношением:

,

где - диапазон преобразуемого напряжения, n – количество двоичных разрядов АЦП.

Относительная ошибка равна:

.

Например, при n=11, . Итак, при ошибка квантования по уровню достаточно мала и ею можно пренебречь. Поэтому в дальнейшем эффектом квантования по уровню пренебрегаем.

Квантование непрерывного сигнала по времени происходит вследствие периодического опроса датчиков сигналов. При этом непрерывный сигнал преобразуется в последовательность импульсов. Такое преобразование называется импульсной модуляцией, а реализующее его устройство – импульсным модулятором (элементом). В дальнейшем будем рассматривать системы НЦУ с идеальным амплитудно–импульсным модулятором, преобразующим непрерывный сигнал в последовательность равноотстоящих, бесконечно малых по длительности (мгновенных) импульсов с амплитудой равной амплитуде входного непрерывного сигнала (рис. 58). (Т – период повторения импульсов, период опроса датчиков, интервал дискретности, период квантования по времени). Такое допущение справедливо, если время аналого-цифрового преобразования достаточно мало по сравнению с периодом опроса.

Рис. 58.

Системы, в которых имеет место только квантование сигналов по времени, называются импульсными системами. Поскольку мы пренебрегаем эффектом квантования по уровню, можно считать, что расчет системы НЦУ сводится к расчету импульсной системы регулирования и в этом смысле отождествлять цифровые и импульсные системы.