1.3. Обзор и анализ управляющих элементов в суэп

1.3.1. ПИД-регуляторы

В ПИД-регуляторе. корректирующий сигнал представляет собой комбинацию трех компонент: пропорциональная, интегральная и дифференциальная от ошибки положения. Задача интегрального (I) контроллера состоит в том, чтобы устранить установившуюся ошибку, когда входы изменения положения являются эталонными, как в случае линейных сокращений, и отклонить внешние помехи. Однако внедрение I -регулятора само по себе приведет к нестабильности, и оно должно сочетаться с пропорциональным действием, чтобы обеспечить стабильную систему. Дифференциальный регулятор(D) помогает в формировании динамического отклика системы. Поскольку в качестве контроллера используется компьютер, реализован цифровой PID

Существуют различные способы проектирования цифровых ПИД-регуляторов. Мы можем, например, сформулировать закон цифрового ПИД-регулятора, аппроксимируя ПИД-регулятор непрерывного времени обратной разностью или методами Эйлера или Тустина [18]. В следующих анализах закон ПИД-регулятора ( и для осей X и Y соответственно) сформулирован на основе обратной разностной аппроксимации с использованием z-преобразования

(2)

где, , , − пропорциональный, интегральный и дифференциальный усилители соответственно. Интегральное усиление выбирается достаточно большим, чтобы гарантировать хорошую способность подавления помех, а предназначено для обеспечения небольшого превышения.

Две основные проблемы с ПИД-регуляторами при контурной обработке — это (l) плохое отслеживание углов и нелинейных контуров и (2) значительные превышения. Чтобы уменьшить влияние этих проблем, коэффициент усиления должен быть небольшим, и реализация контроллера требует; тщательного предварительного программирования периодов ускорения и замедления.

В дополнение к базовому ПИД, представленному на рисунке 7(а), представлены некоторые различные структуры ПИД - регуляторов, показанные на рисунках 7(б), 7(в) и 7(г) применяются на практике [18,19,20-22]. Однако, поскольку схема (Рис. 7(а)) представляет собой наиболее распространенную структуру, она используется при анализе и моделировании в данной работе.

Рисунок 7

1.3.2. Стандартный уэ прямой связи

Существует два основных типа управляющих элементов прямой связи, которые представлены на рис. 8. Принцип конструкции на рисунке 8(а) [23,24,25,26,27] работает следующим образом: реализует в управляющем компьютере передаточную функцию , которая является точной обратной функцией реального контура управления, , т.е. , и тогда фактическое положение становится равным требуемому положению.

Конструкция на рисунке 8(б) преследует ту же цель [28,29,30,31]. Если мы реализуем обратную передаточную функцию в блоке управляющего элемента с прямой связью, как показано на рисунках 8(б), мы получим следующее уравнение замкнутого контура:

(3)

где, представляют передаточные функции программного УЭ и приводного устройства соответственно. Если , общее соотношение между требуемым положением и фактическим положением становится 1:1.

Рисунок 8

Тем не менее, между этими двумя типами контроллеров прямой связи существуют некоторые различия.

(I) Первое УЭ с прямой связью является обратным контуру управления с обратной связью, который состоит из УЭ и привода, и, следовательно, он становится более сложным, если используется более комплексный УЭ (например, ПИД-регулятор). Принимая во внимание, что последний является обратным только приводу, и, следовательно, конструкция соответствующего ему УЭ прямой связи проста и не зависит от конструкции УЭ обратной связи.

(2) Если УЭ прямой связи ( на рис. 8(а) или на рис. 8(б)) включает полюса, расположенные на или за пределами единичного круга в z-области, конструкция контроллера прямой связи должна быть изменена.