6.2. Системы стабилизации выходной координаты объекта управления. Типовые методы улучшения динамики су эп

К таким САУ относятся, прежде всего, системы управления с непрерывным технологическим процессом (непрерывные прокатные станы, бумагоделательные машины, установки для производства полимерных материалов и др.). Требования к системам стабилизации формулируются в статике и в динамике.

В статике, т. Е. В установившихся (квазиустановившихся) режимах функционирования систем стабилизации можно сформулировать два основных тесно взаимосвязанных требования:

1. обеспечение статической точности регулирования выходной координаты;

2. обеспечение диапазона регулирования выходной координаты с заданной статической точностью.

Типичным примером стабилизируемой координаты в СУ ЭП является линейная или угловая скорость движения рабочего механизма. На рис. 6.8. приведена статическая (механическая) характеристика электропривода постоянного тока.

Из рассмотрения механической характеристики следует, что абсолютная величина статической ошибки стабилизации скорости ∆_c не зависит от скорости холостого хода ( ₀ , ₀) а зависит от момента нагрузки на валу электропривода, поэтому оценку статической ошибки производят для некоторого среднего или номинального момента нагрузки. Зададимся диапазоном изменения нагрузки от M_min= 0 до M_max , тогда M_ср=1/2(M_min+ M_max) – среднее значение момента нагрузки.

Р ис. 6.8. Механическая характеристика электропривода постоянного тока

Абсолютная величина статической ошибки стабилизации скорости ∆_c рассчитывается по формуле:

∆_c =  ₀ -  _р ,

где  _р – рабочая скорость электропривода.

Относительная величина статической ошибки:

Заметим, что величина относительной статической ошибки стабилизации скорости возрастает с уменьшением рабочей скорости.

Диапазон изменения любой координаты САУ всегда ограничен, в частности, для систем стабилизации скорости он фактически не превышает

100000. Диапазон стабилизируемых скоростей можно оценить следующим образом:

D_ =  _max - _min - абсолютная оценка,

δD_=  _max /_min - относительная оценка.

В отношении диапазона регулирования системы стабилизации скорости электропривода условно разделяют на системы:

• малого диапазона (δD_  3);

• среднего диапазона (3 >δD_  50);

• широкого диапазона (δD_ > 50).

Требования точности и диапазона регулирования скорости тесно взаимосвязаны:

Очевидно, что если требование к статической точности будет

удовлетворено внизу заданного диапазона стабилизируемой координаты (при _min в рассматриваемом примере), то тем более оно будет удовлетворено вверху заданного диапазона.

Статическая ошибка в системе стабилизации некоторой координаты теоретически может быть сведена к нулю за счет включения интегральной составляющей в закон регулирования этой координаты (интегратора в структуру регулятора) или реализации скользящего режима во внешнем контуре (релейного закона управления с большой частотой переключения реле) [3, 4]. Система управления в этом случае становится астатической (нулевого или первого порядка) и ее квазиустановившийся режим работы характеризуется отсутствием статической ошибки регулирования.

В динамике, т. е. в режимах отработки системой изменений задающих и возмущающих воздействий внешней среды, к системе стабилизации могут предъявляться следующие требования:

а) в частотной области:

• обеспечение требуемой полосы пропускания замкнутого контура или частоты среза разомкнутого контура регулирования (Гц);

• обеспечение требуемых запасов по амплитуде и фазе логарифмической частотной характеристики (L, );

б) во временной области:

• обеспечение динамической точности стабилизации выходной координаты x_вых(t);

• обеспечение быстродействия отработки ошибок регулирования при изменениях задающих и возмущающих воздействий (с);

• обеспечение требования к допустимому перерегулированию  (%), колебательности выходной координаты x_вых(t) (число колебаний) и т.п.