Контрольные вопросы

1. Какую частотную характеристику используют для оценки качества управления САУ?

2. Какому значению на переходной характеристике соответствует точка ВЧХ при = 0?

3. Какую форму имеет кривая переходного процесса САУ с вогнутой ВЧХ?

4. Какую форму имеет кривая переходного процесса САУ с трапециидальной ВЧХ?

5. Какую форму имеет кривая переходного процесса САУ с ВЧХ, имеющей экстремум?

6. Как оценить время переходного процесса по виду ВЧХ?

7. В чем состоит метод трапеций?

8. Как используется в методе трапеций свойство линейности?

9. Как изменится кривая переходного процесса, если ВЧХ растянуть вдоль вертикальной оси?

10.  Как изменится кривая переходного процесса, если ВЧХ растянуть вдоль горизонтальной оси?

11.  Что называется единичной трапецией?

12.  Сформулируйте алгоритм построения переходной характеристики в методе трапеций?

Лекция 14. Синтез сау

14.1. Синтез сау

В ТАУ можно выделить две характерные задачи: 1) в заданной САУ найти и оценить переходные процессы - это задача анализа САУ; 2) по заданным переходным процессам и основным показателям разработать САУ - это задача синтеза САУ.

Вторая задача сложнее в виду своей неоднозначности, многое определяется творческими способностями проектировщика. Поэтому обычно задачу синтеза САУ ставится ограниченно. Считается, что основная часть системы уже задана, что обычно имеет место. Требуется синтезировать корректирующие звенья, то есть выбрать их схему и параметры. При этом необходимо, чтобы в результате коррекции САУ обеспечивался требуемый запас устойчивости; точность управления в установившихся режимах и качество управления в динамических режимах.

14.1.1. Включение корректирующих устройств

Корректирующее устройство можно включить последовательно, параллельно-согласно или параллельно-встречно (по схеме с обратной связью).

Последовательное корректирующее устройство с передаточной функцией W_п включается обычно после предварительного усилителя. На рис.103а предварительный усилитель имеет передаточную функцию W₃, выходной каскад усилителя - W₂, исполнительный элемент - W₁.

Параллельно-согласное корректирующее устройство с передаточной функцией W_пс (рис.103б) может иногда при меньшей сложности обеспечить нужное преобразование сигнала. Например, для коррекции свойств САУ часто требуются дифференцирующие и форсирующие звенья, которые конструктивно очень сложны. В то же время параллельно-согласное включение предварительного усилителя (W₃ = K₃) и простого апериодического звена с передаточной функцией W_пс = позволяет  реализовать функцию реального форсирующего звена. Такое соединение можно заменить эквивалентным форсирующим звеном с передаточной функцией

W_ф = W₃ + W_пс = ,

где T_ф1 = ; T_ф2 = T_пс; K_ф = K₃ + K_пс.

Наибольшими возможностями в плане коррекции свойств САУ обладает корректирующее устройство с передаточной функцией W_пв, включенное по схеме с отрицательной или положительной обратной связью, охватывающей один из звеньев САУ, как правило исполнительный элемент или выходной каскад усилителя (усилитель мощности)(рис.103в). Такие обратные связи называются местными. При этом передаточная функция эквивалентного звена:

W_экв = .

Обычно передаточную функцию выходного каскада усилителя W₂ выбирают из условия |W₂.W_пв| >> 1 в широком диапазоне частот, поэтому

Wэкв 1/W_пв.

То есть свойства участка цепи с параллельно-встречным включением корректирующего устройства определяются только свойствами данного корректирующего устройства. Это основное достоинство данного способа включения. Влияние плохих свойств какого либо необходимого для САУ звена, например, его нелинейности, могут быть практически полностью устранены.

Местные корректирующие обратные связи делятся на жесткие и гибкие. Жесткая обратная связь действует на систему как в переходном, так и в установившемся режиме, то есть W_ж(0) 0. Она реализуется безынерционным или инерционным звеном:

W_ж = K_ж или W_ж = .

Гибкая обратная связь действует только в переходном режиме, она реализуется либо дифференцирующим, либо реальным дифференцирующим звеном:

W_г = K_г pили W_г = .

Например, если интегрирующее звено W_и = K_и/p охвачено жесткой обратной связью звеном W_ж = K_ж, то

Wэкв = ,

где K_экв = 1/K_ж, T_экв = 1/(K_и K_эквK_ж). То есть жесткая обратная связь превращает интегрирующее звено в апериодическое. В случае гибкой обратной связи звеном W_г = K_гp получаем

Wэкв = ,

где K_экв = . То есть гибкая обратная связь не изменяет структуру интегрирующего звена, но уменьшает его коэффициент передачи.

Таким образом, даже простейшие обратные связи способны существенно изменить свойства типовых динамических звеньев. Еще больший эффект дают сложные отрицательные и положительные обратные связи. Если основные элементы регулятора по своей природе позволяют создать обратную связь, то динамические свойства этих элементов часто могут быть изменены в нужном направлении.