книги из ГПНТБ / Настенко Н.Н. Системы автоматического регулирования зерноуборочных комбайнов

новится апериодическим. Это можно объяснить тем, что с увели­

Если САР в рабочем режиме находится все время под воздей­ ствием внешней нагрузки, то при сохранении устойчивости си­ стемы коэффициент k0 л можно значительно увеличить, по сравне­ нию с его значением, обеспечивающим устойчивость системы при

ветствует 60%-ной перегрузке относительно среднего значения урожайности 40 ц/га, коэффициент &0 .л необходимо значительно увеличивать до &0 .л я=*3,11. Таким образом, в рассматриваемой САР также имеется противоречие требований улучшения ста­ тических и динамических качеств системы регулирования.

Следует иметь в виду, что благодаря отмеченной особенности рассматриваемая САР под действием внешних нагрузок, превы­

При снижении порядка системы с 6-го до 1-го, с учетом только' инерционности регулирующего органа, затухающий колебатель­ ный переходной процесс становится апериодическим, что указы­ вает на необходимость при расчетах тщательного учета инер­ ционности элементов системы.

Изменение частоты внешнего гармонического возмущения ока­ зывает большое влияние на устойчивость и качество процесса регулирования. В рассматриваемой замкнутой системе со значе­

внешнего гармонического возмущения в системе имеются резо­ нансные колебания (наличие пика амплитудно-частотной харак­ теристики системы).

200

На рис. 80 показана зависимость амплитуды и частоты авто­ колебаний от изменения постоянного запаздывания.

Линейная модель регулятора

Изменение границы устойчивости в плоскостях параметров системы: общего коэффициента усиления системы ka и постоянного запаздывания т показано на рис. 81. Из рисунка следует, что

внелинейной статической САР от по­ тической САР в плоскости общего

с увеличением параметров k0 и т область устойчивости системы сужается. Устойчивость линейной системы можно обеспечить выбором коэффициента усиления k0 < k0Kp (рис. 81) при за­ данном значении запаздывания т. В зависимости от значений этих параметров в системе могут быть сходящиеся (апериодиче­ ские или колебательные) или расходящиеся процессы.

§ 22. ВЛИЯНИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

НА УСТОЙЧИВОСТЬ, АВТОКОЛЕБАНИЯ И КАЧЕСТВО ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В АСТАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

При исследовании САР с нелинейным регулятором к указан­ ным ранее (см. гл. I I I , § 12) коэффициентам уравнений звеньев добавляются следующие: с = 20 мм/с; kn = 0,0362 и т = 1,2 с.

Регулятор с жесткой обратной связью, охватывающей релейное интегрирующее звено

Результаты исследований по определению влияния коэффи­ циента усиления жесткой обратной связи на устойчивость и ка­ чество процесса регулирования в рассматриваемой САР при­ ведены в табл. 13.

На рис. 82 приведены осциллограммы, показывающие качество переходных процессов в системе при различных значениях коэф­ фициента усиления обратной связи.

Рис. 82. Влияние изменения коэффициента усиления жесткой обратной связи, охватывающей релейное интегрирующее звено регулятора, на качество переход­ ных процессов при изменении ширины зоны нечувствительности нелинейности (с = 20 мм/с; т = 1,2 с)

202

Увеличение коэффициента kQ с значительно расширяет область

Принципиально новым, при введении жесткой обратной связи, охватывающей нелинейное звено астатического регулятора, яв­ ляется появление в системе статической ошибки и смещение оси симметрии автоколебаний при действии на систему внешнего возмущения. Статическая ошибка б растет с увеличением коэф­ фициента k0 с за счет снижения общего коэффициента усиления регулятора и, следовательно, уменьшения регулирующего воздей­ ствия системы. Ошибка регулирования б растет также с увели­ чением внешнего возмущения при k0 с = const. Смещение оси симметрии автоколебаний также увеличивается с увеличением k0 с

чительно изменяются граница области устойчивости и параметры автоколебаний. Время переходного процесса с повышением Ту увеличивается (рис. 83).

203

Регулятор с гибкой инерционной обратной связью, охватывающей релейное интегрирующее звено

Критическое значение параметра Ькр для рассматриваемого регулятора равно примерно 0,54 мм; оно мало отличается от зна­ чения этого параметра для регулятора без обратной связи и даже несколько больше, чем для рассмотренных П и ПД-регуляторов.

Параметры автоколебаний изменяются незначительно. Так, при Ь = 0,25 мм, А л* 0,72 кг/с, a Q л* 1,03 с" 1 .

Качество переходного процесса, оцениваемое по значению времени tnn, мало изменяется по сравнению с ПД-регулятором и даже несколько ухудшается по сравнению с П-регулятором. Следовательно, при рассматриваемом ПИ-регуляторе также не получено существенного улучшения динамических качеств САР.

При ПИД-регуляторе и исследовавшихся значениях пара­ метров не получено улучшения динамических качеств САР.

Из рассмотренного следует, что попытки улучшить динамиче­ ские качества САР с помощью параллельных корректирующих устройств, формирование различных законов регулирования в ко­

и® (k0. с. AQ); там также приведена зависимость Av (kQ с , AQ). Качество переходных процессов в рассматриваемой САР видно

из осциллограмм рис. 85.

204

Введение жесткой обратной связи, охватывающей интегри­ рующее звено астатического регулятора, вызывает в системе появление статической ошибки, зависящей от внешнего воздей­ ствия.

С увеличением коэффициента усиления обратной связи k0 с уменьшаются пределы изменения координаты Ли, что приводит,

•&9i

Рис. 85'. Качество переходных процессов при изменении коэффициентов усиле­ ния жесткой обратной связи, охватывающей линейное интегрирующее звено регулятора

при прочих равных условиях, к значительному увеличению

ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ

Комбинированная система с различными законами регулирования по возмущению и релейным астатическим регулятором по отклонению

Пропорциональный закон регулирования по возмущению с по­ дачей сигнала А/ = kB AQ на вход релейного интегрирующего звена регулятора (см. рис. 30, в, вариант / ) . Изменение коэффициента усиления цепи сигнала возмущения до ^ в ^ 0,1 почти не влияет на смещение границы области устойчивости системы. При нали-

205

чии же в системе автоколебаний увеличение коэффициента kB вызывает смещение оси симметрии автоколебаний в направлении, обратном направлению действия внешнего возмущения.

Результаты исследований переходного процесса в рассматри­

САР с подачей сигнала от внешнего возмущения на вход релей­ ного интегрирующего звена нецелесообразен, поскольку динами­ ческие качества системы при этом не улучшились.

Следует отметить, что регулирование только по возмущению с подачей сигнала возмущения на вход интегрирующего звена

206

при внешнем возмущении типа скачка вообще невозможно из-за

Рис. 88. Качество переходных процессов в комбинированной нели­ нейной системе с пропорциональным законом регулирования по воз­ мущению, когда сигнал от внешнего возмущения подается на вход регулирующего органа объекта

Для рассматриваемой комбинированной САР имеется наилуч­ шее (по быстродействию и наименьшей ошибке регулирования) значение коэффициента усиления цепи регулирования по возму­ щению kB о п т 2. При коэффициенте kB < kB_о п т время пере­ ходного процесса и ошибка регулирования существенно увели­ чиваются.

Особенностью . рассматриваемых переходных процессов (рис. 88) является то, что запаздывание начала изменения подачи Ag относительно AgH, ранее имевшееся в переходном процессе, здесь становится равным нулю, несмотря на то, что постоянное запаздывание поступления информации об изменении регулируе­ мой величины в системе остается (т = 1,2 с).

Введение в одноконтурную астатическую САР пропорциональ­ ного регулирования по возмущению после интегрирующего звена регулятора «придает» статические свойства системе, т. е. в ней появляется статическая ошибка регулируемой величины, завися­ щая от внешнего возмущения.

207

Из осциллограмм рис. 88 видно, что с увеличением коэффи­ циента kB повышается ускорение w движения объекта и, как следствие, скорость X изменения регулируемой величины. При этом наибольшие ускорения имеются в начале переходного про­

Рис. 89. Качество переходных процессов в комбинированной системе с ПИД-за- коном регулирования в цепи возмущения и релейным астатическим регулятором

ния ускорения движения комбайна wK в комбинированной САР с полученными ранее значениями wK в одноконтурной САР (см.

табл. 11), находим, что wKmax > wKmsx, а W K . ср лишь немного больше wKi С р.

Введение производной и интеграла в пропорциональный закон регулирования по возмущению с подачей сигнала на вход регули­

фициента ввода производной, равном 0,3, видно из осциллограмм рис. 89.

Из результатов исследований вытекает, что введение в про­ порциональный закон регулирования цепи возмущения производ­ ной от AQ с коэффициентом и ^ 0,3 с незначительно влияет на изменение характеристик качества переходного процесса. Вве-

208

дение интеграла в цепь регулирования по возмущению и повыше­ ние интенсивности его воздействия (увеличением значения d) не улучшает качество переходного процесса, а способствует зна­ чительному перерегулированию и росту ошибки регулирования (так же как и при kB > kB опт) - Поэтому вводить интеграл в за­ кон регулирования по возмущению для рассматриваемой САР нецелесообразно. Введение интеграла в цепь регулирования по возмущению подобно подаче сигнала от возмущения на вход не­ линейного интегрирующего звена, что было признано также не­ целесообразным.

Из рассмотренного можно заключить, что комбинированные САР загрузки позволяют значительно улучшить, по сравнению с одноконтурными системами и одноконтурными системами с пареллельными корректирующими устройствами, качество процесса регулирования: повысить быстродействие при допустимой ошибке регулирования и апериодическом переходном процессе, т. е. выполнить основные требования к САР загрузки. Наилучшее качество переходного процесса в пределах рассматривавшихся значений параметров и коэффициентов получено при пропорцио­ нальном законе регулирования по возмущению А/ = kBAQ, для которого оптимальное значение коэффициента усиления kB ^ 2.

В комбинированных САР загрузки сигнал от внешнего возму­ щения не должен проходить через интегрирующее звено регуля­ тора (контура регулирования по отклонению). Нецелесообразно также вводить интеграл в закон регулирования по возмущению при включении сигнала возмущения после интегрирующего звена регулятора.

на рис. 90. Качество переходных процессов в рассматриваемой системе видно из осциллограмм рис. 91.

Для рассматриваемой комбинированной САР наилучшее по ка­ честву процесса регулирования: максимальному быстродействию, наименьшей ошибке регулирования и апериодическому переход­ ному процессу, значение коэффициента усиления цепи регулирова­

Из осциллограмм рис. 91 видно, что начало изменения подачи AgH происходит при t = 0, т. е. с момента нанесения возмущения и, следовательно, постоянное запаздывание системы не прояв? ляется в задержке начала изменения AgH .