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

В рассматриваемой системе, так же как и в комбинированной нелинейной САР, в начале переходного процесса имеются боль­ шие ускорения объекта и скорости изменения регулируемой ве­ личины, а затем они уменьшаются.

Рис. 90. Зависимость характеристик качества переходного процесса в ком­ бинированной системе с пропорцио­ нальным законом регулирования по возмущению и линейным астатическим регулятором от изменения коэффи­ циента усиления в цепи возмущения, когда сигнал от внешнего возмущения подается на вход регулирующего

органа объекта

Из сравнения комбинированных нелинейной и линейной САР следует, что время переходного процесса у них примерно одина­

Рис. 91. Качество переходных процессов в комбинированной системе с.пропор­ циональным законом регулирования по возмущению и линейным астатическим регулятором, когда сигнал от внешнего возмущения подается на вход регули­ рующего органа

210

Глава VI

ДИНАМИЧЕСКАЯ ТОЧНОСТЬ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЗАГРУЗКИ ПРИ СЛУЧАЙНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ

Постановка задачи, математические модели исследуемых САР и методика исследования моделированием изложены в гл. I I I , § 12. В настоящей главе приведены результаты исследований дина­ мической точности САР загрузки при случайных внешних воз­ мущениях и дан их анализ.

§ 24. ТОЧНОСТЬ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОДАЧИ ХЛЕБНОЙ МАССЫ

ОДНОКОНТУРНОЙ АСТАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ

ваемое дисперсией регулируемой величины, в зависимости от параметров с, б и т * , приведено на рис. 93.

Из рис. 93, б следует, что увеличение зоны нечувствительности вызывает уменьшение дисперсии регулируемой величины. Так, при увеличении b с 0,25 до 1,0 мм дисперсия уменьшилась на 31,5%. Это объясняется тем, что с увеличением параметра b ограничивается чувствительность системы к изменениям внешних

внешнего возмущения. За счет этого главным образом и снижается дисперсия регулируемой величины. Увеличение параметра b вызывает уменьшение максимальных отклонений скорости ком­

ствительности из условия обеспечения точности исследуемой САР

Таблица 14

(кг/т

Рис. 93. Зависимость дисперсии регулируемой величины в одноконтурной аста­ тической системе с релейным регулятором от изменения скорости управляющего воздействия (а), зоны нечувствительности (б) и постоянного запаздывания (в)

еще на 47%. С увеличением параметра ^увеличиваются также (рис. 94, а) максимальные отклонения скорости комбайна, уско­ рения объекта и растут максимальные отклонения регулируемой величины.

Увеличение дисперсии DAg при увеличении параметра с вы­ звано главным образом ростом модуля отклонений высокочастот-

а)

Рис. 94. Зависимость максимальных значений изменений скорости движения объекта и его ускорений при случайных внешних возмущениях на астатическую релейную САР от изменения скорости управляющего воздействия (а), зоны не­ чувствительности (б) и постоянного запаздывания (в)

ной составляющей регулируемой величины. При этом растут и максимальные отклонения регулируемой величины, что также

ние которого вызывает перерегулирование и большое отклонение регулируемой величины.

Наличие в САР постоянного запаздывания снижает точность работы системы (рис. "93, в). При малых значениях запаздыва-

214

на 10% по сравнению с системой без запаздывания. При дальней­ шем увеличении запаздывания 1,2 2» т > 0,8 с дисперсия DAg пропорционально увеличивается. Увеличение постоянного запаз­ дывания вызывает также рост максимальных ускорений объекта (рис. 94, в) и максимальных отклонений регулируемой величины.

Отрицательное влияние постоянного запаздывания на точность системы в установившихся режимах заключается в появлении несоответствий изменений регулирующего воздействия отно­ сительно изменений внешних воздействий. Другими словами, при отсутствии постоянного запаздывания и наличии только инерционного запаздывания система более точно «следит» за изменениями внешних воздействий, обеспечивая их компенсацию. При наличии же постоянного запаздывания, в зависимости от спектрального состава AQ, в системе возникает рассогласование изменений Av (t) и AQ (t), что вызывает перерегулирование и «раскачивание», приводящие к снижению точности системы, кото­ рая оценивается дисперсией или средней квадратической ошибкой регулируемой величины.

При принятой реализации случайного внешнего возмущения

шемся режиме, поскольку в этом случае обеспечивается необхо­ димый диапазон изменения скорости комбайна. Однако при этом будет неполная компенсация максимальных отклонений внешнего

Данные исследований показывают, что в рассматриваемой одноконтурной астатической САР компенсируются низкочастот­ ные составляющие реализации случайного внешнего возмущения, а высокочастотная составляющая AQ (t) системой не компенси­ руется, вследствие чего она накладывается на выходное значение регулируемой величины. Это связано с тем, что основная ча­ стота со0, соответствующая максимуму спектральной плотности, близкая к нулю в спектре реализации случайной функции внеш­ него возмущения, при прохождении AQ (t) через систему увели­ чивается и становится со0 > 0 в спектре случайной функции регу­ лируемой величины. Но при этом частота со0 остается меньше частоты среза системы сос р е з . Поэтому рассматриваемая САР (с И-регулятором) обеспечивает компенсацию основных низко­ частотных составляющих случайного внешнего возмущения. Вы­ сокочастотные же составляющие AQ (t) с со > сос р е з не проходят через систему и накладываются на выходное скомпенсированное (по низкочастотным составляющим) значение регулируемой ве­ личины.

215

Действительно, из структурной схемы рассматриваемой' си­ стемы (см. рис. 16, а) видно, что если высокочастотная составля­ ющая внешнего возмущения имеет частоту, большую частоты сос р е з замкнутой системы, то эта составляющая не проходит через инерционную часть регулятора и объекта, а значит регулирующее

Увеличение дисперсии реализации случайного внешнего воз­ мущения (без изменения спектрального состава) на 40% приводит, при тех же значениях параметров системы, к резкому, в 3— 3,5 раза увеличению дисперсии регулируемой величины. При этом увеличивается диапазон изменения скорости комбайна и макси­ мальные отклонения регулируемой величины.

Необходимо отметить, что увеличение дисперсии DAg в этом случае происходит главным образом за счет высокочастотных составляющих AQ (t), которые, как указывалось, не компенси­ руются системой. Поэтому, пользуясь для оценки точности иссле­ дуемой САР значением дисперсии или средней квадратической ошибки реализации случайной функции регулируемой величины, следует учитывать, что в получаемое значение DAg входит значе­ ние ошибки системы от высокочастотной составляющей, скомпен­ сировать которую в рассматриваемой САР невозможно. Исклю­ чить эту ошибку можно, обеспечив «фильтрацию» внешнего воз­ мущения от высокочастотных составляющих на входе в систему.

Линейный регулятор загрузки

Точность системы с линейным регулятором загрузки опреде­ ляли при изменении общего коэффициента усиления k0 и постоян­ ного запаздывания т*. Оптимальное, из условий точности работы системы, значение коэффициента kQ = 0,275 при т* = 1,2 с. При этих значениях параметров дисперсия регулируемой вели­

При изменении значения коэффициента k0 относительно опти­ мального ошибка регулирования системы, оцениваемая по дис­

наличии постоянного запаздывания, создающего несоответствие изменений А у и AQ, приводит к перерегулированиям и «раскачи­

216

Рассмотрим результаты исследований системы, имеющей регу лятор загрузки релейного типа с корректирующими устройствами обеспечивающими различные законы регулирования (см. табл. 3 и рис. 30, а и б). Результаты исследований данной системы с при­ нятыми значениями параметров при с = 20 мм/с и k„ — 0,0362 приведены в табл. 15.

На рис. 96 приведены корреляционные функции RAg (т) и спектральные плотности SAg (со) регулируемой величины для одноконтурной САР с корректирующими устройствами, обеспе­ чивающими реализацию указанных в- табл. 15 законов регулиро­ вания.

217

Яд9М,(кг/с)г

регулируемой величины в системе с релейным регулятором и корректирующими устройствами, обеспечивающими реализацию П- и ПИД-законов регулирования

218

изменения скорости комбайна вследствие уменьшения коэффи­ циента усиления регулятора, который обратно пропорционален коэффициенту kQ с . С уменьшением же скорости комбайна сни­ жается возможность системы компенсировать даже низкочастот­ ные составляющие случайного внешнего возмущения.

устройств, формирование различных законов регулирования в ко­ торых осуществляется подбором передаточной функции цепи обрат­ ной связи, охватывающей нелинейное звено астатического регу­ лятора, не удается (в пределах рассматривавшихся значений коэффициентов корректирующих устройств).

Опыты с корректирующим устройством, обеспечившим введе­

219

интегрирующее звено (рис. 30, а). Раньше было показано, что с увеличением коэффициента усиления жесткой обратной связи k0 с снижается коэффициент усиления системы и в результате умень­ шается регулирующее воздействие. Поэтому введение жесткой

ческого смысла, поскольку регулирующее воздействие системы будет сведено к нулю; при уменьшении же k0 с от 0,1 до 0,01 Д у ш а х

Следовательно, введение жесткой обратной связи снижает точ­ ность системы тем больше, чем больше значение коэффициента k0 с.

В рассматриваемой системе с обратной жесткой связью боль­

Рассмотрим результаты исследований комбинированных систем с различными законами (П, ПД и ПИД) регулирования по воз­ мущению и релейным астатическим регулятором по отклонению; при этом сигнал от внешнего возмущения подается на вход регу­ лирующего органа (см. рис. 30, в, вариант / / ) . Результаты иссле­ дования точности этих систем с принятыми ранее значениями параметров (см. гл. I I I , § 12) при с ~ 20 мм/с; Ь = 0,65 мм и kn = 0,0362 приведены в табл. 16.

Из данных исследований следует, что как для комбинированной системы с П-законом регулирования по возмущению (см. табл. 16, опыты X I I I — X V I ) , так и для системы с регулированием по воз­ мущению имеется оптимальное, из условий точности, значение коэффициента kB. Для рассматриваемой системы при принятой

характеризующее точность системы, получилось меньше для системы с регулированием по возмущению, чем для комбинирован­ ной, хотя для последней оно меньше примерно на 28%, чем для одноконтурной с регулированием по отклонению.

220