15. 4 Стандартные настройки

Для определенного вида часто встречающихся передаточных функций неизменяемой части системы удается получить сравнительно простые приближенные рекомендации по предварительному выбору параметров типовых регуляторов. Эти рекомендации получили название стандартных настроек.

Первый случай. Структурная схема неизменяемой части системы представлена последовательным соединением n инерционных звеньев с передаточной функцией:

В этом случае постоянную времени интегрального регулятора рекомендуется выбирать из соотношения:

где – сумма постоянных времени всех инерционных звеньев, входящих в неизменяемую часть системы регулирования.

Если в качестве корректирующего звена выбран ПИ-регулятор, то его представляют последовательным соединением форсирующего и интегрирующего звеньев:

.

Рассматривая теперь форсирующее звено как дополнительное средство последовательной коррекции с опережающей фазой, выбирают величину его постоянной времени так, чтобы нейтрализовать неблагоприятное влияние на устойчивость настраиваемой системы инерционного звена с наибольшей постоянной времени. Учитывая также стремление к простоте выкладок, обычно принимают в расчетах

где – наибольшая из постоянных времени инерционных звеньев, входящих в неизменяемую часть системы.

Постоянную времени в ПИ-регуляторе определяют по аналогии с предыдущим случаем, когда в качестве звена коррекции был включен И-регулятор:

Здесь – сумма постоянных времени инерционных звеньев неизменяемой части системы, кроме одной самой большой . Постоянную времени под знаком суммы при выборе не учитывают потому, что неблагоприятное влияние на устойчивость контура инерционного звена с этой постоянной времени было подавлено введением форсирующего звена с постоянной времени .

Применение ПИ-регулятора наиболее эффективно в тех случаях, когда объект регулирования содержит инерционное звено, постоянная времени, которого заметно (в 2 и более раз) преобладает над остальными. В этом случае удается увеличить быстродействие настраиваемого контура по сравнению со схемой с И-регулятором.

Включение ПИ-регулятора не дает эффекта, если все постоянные времени объекта регулирования близки между собой. Более того, применение ПИ-регулятора (а тем более П-регулятора) в этом случае может оказаться даже нежелательным, так как бывает трудно обеспечить стабильность частоты среза контура при отклонении параметров объекта регулирования от ожидаемых значений.

Пример 14.1. В контуре регулирования тока якоря электропривода постоянного тока (см. рис. 14.5) заданы следующие параметры звеньев неизменяемой части системы регулирования:

.

Так как Т_Я > Т_П > , то есть Т_Я = 0,1с = Т_МАКС, то выбираем Т₂ = Т_МАКС = Т_Я = 0,1с.

Тогда

Второй случай. Неизменяемая часть системы, кроме n инерционных звеньев, содержит также интегратор с постоянной времени Т_ОР, так что передаточная функция неизменяемой части

Если в схеме применен П-регулятор и необходимо определить желаемое значение его коэффициента усиления k, то сначала вводят расчетную постоянную времени интегрирующего звена.

Рис. 14.5. Контур регулирования тока якоря: а) функциональная схема; б) исходная структурная схема

Рис. 14.6 Контур регулирования тока якоря: в) нормированная структурная схема

В приведенных уравнениях Е_П и Е_Д – ЭДС преобразователя и двигателя; I_Я – ток якоря; U_РТ и U_ДТ - напряжения на выходе регулятора РТ и датчика тока ДТ. W_П и W_РТ – передаточные функции преобразователя ТП и регулятора тока РТ; k_П и k_ДТ – коэффициенты усиления преобразователя ТП и датчика тока ДТ; R_Я и L_Я – активное сопротивление и индуктивность якорной цепи; Т_П и – постоянные времени преобразователя ТП; – электромагнитная постоянная якорной цепи; и – постоянные времени регулятора тока РТ; р – символ дифференцирования.

после чего, применив правило технического оптимума, определяют

Если в системе регулирования установлен ПИ-регулятор, то выбор параметров этого регулятора производят в два этапа: на первом этапе настраивают П-канал, а затем – И-канал. Идея выбора параметров состоит в том, чтобы в районе частоты среза заставить работать только П-канал в регуляторе, а интегральному каналу оставить только район низких частот. Количественные рекомендации для этого случая дает правило симметричного оптимума, которое предлагает отодвинуть влево частоту сопряжения И- и П-каналов в регуляторе в соответствии с выражением:

.

Здесь – постоянная времени форсирующего канала в ПИ-регуляторе; – частота среза настраиваемого контура регулирования.

Выводы

Идея последовательной коррекции заключается в том, чтобы, вводя корректирующее звено, добавить к исходной ЛАЧХ системы поправку и тем самым изменить результирующую характеристику системы, придав ей требуемое качество. Определяющим здесь оказывается предварительный выбор (точнее – прогнозирование) желаемой частоты среза, что связано, в первую очередь, с профессиональным опытом и квалификацией разработчика.

В случаях, когда в исходной системе есть запас по быстродействию, удобнее применить корректирующее звено с отстающей фазой. Когда стремятся сохранить быстродействие системы, полезна коррекция с опережением по фазе.

В современных замкнутых системах управления вентильных электроприводов наиболее часто применяются типовые решения с ограниченным набором стандартных вариантов регуляторов: пропорциональным, интегральным, пропорционально-интегральным.

Лекция 15

Системы автоматического управления по основному возмущению, комбинированные системы. Синтез регуляторов компенсаторов в этих системах. Синтез многосвязных систем регулирования.

Разомкнутые системы автоматического управления с жесткой программой управления

Разомкнутой системой автоматического управления с жёсткой программой называется такая система, у которой воздействия пере­даются только от управляющего элемента к управляемому объекту; контроль выполнения программы управления и компенсация возму­щающих воздействий не приводятся. Блок-схема такой системы приведена на рис. 1-10, а. На управляющий элемент подается задание З с жесткой неизменной программой, которое управляющим элементом УЭ преобразуется в управляющее воздействие и через усилитель У и исполнительный элемент И передается на управляемый объект. Управляемая величина не контролируется и не сопоставляется с заданной программой. Под действием внешних воздействий, например нагрузки, управляемая величина может отклоняться от значений, задаваемых программой, однако эти отклонения не изменяются и не оказывают никакого влияния на управляющий элемент и управляющее воздействие.

Разомкнутые системы с жесткой программой применяются в тех случаях, когда высокой точности выполнения заданной программы управления не требуется. К таким системам относятся, например, системы автоматического пуска насосов, вентиляторов, компрессоров конвейеров и т. п.

Разомкнутые системы автоматического управления с жёсткой программой, как правило, всегда устойчивы. В них отсутствует обратная связь и поэтому свободные колебания системы обычно не возникают. Единственным и достаточным условием устойчивости разомкнутой системы является условие, чтобы все звенья, входящие в неё, были устойчивы. Это условие всегда может быть обеспечено при проектировании системы.

К качеству переходных процессов в разомкнутых системах обычно высоких требований не предъявляют. В мощных приводах иногда возникают проблемы предотвращения перенапряжений, чрезмерных ускорений, усилий, моментов.

Для улучшения переходных процессов могут применяться местные жёсткие или гибкие обратные связи, охватывающие отдельные звенья, однако система в целом при этом остается разомкнутой.