2.11. Синтез систем автоматического управления

2.11.1. Основные этапы синтеза сау.

Процесс синтеза САУ состоит из трех этапов.

1. Исходя из требований к назначению системы и особенностей ее конструкции следует выбрать функционально необходимые элементы (ФНЭ) – объект управления, датчики сигналов, задающие устройства, элементы сравнения, усилители мощности, исполнительные элементы. При выборе ФНЭ учитываются мощность, необходимая для управления объектом, предельные значения скоростей и ускорений выходных величин ОУ, допустимые ошибки, требуемый порядок астатизма. В результате решения этой задачи основа структуры проектируемой САУ становится известной.

2. На основании сведений о задающих и возмущающих воздействиях, об ограничениях, накладываемых на ход процесса управления, требований к точности и быстродействию необходимо определить желаемые динамические характеристики САУ. Последние являются компромиссным решением между качеством и точностью, с одной стороны, и простотой технической реализации и надежностью, – с другой.

3. На последнем этапе необходимо выбрать (рассчитать) корректирующие устройства (КУ), которые приближают с заданной степенью точности характеристики системы, состоящей из функционально необходимых элементов, к характеристикам желаемой системы.

Существует большое количество методов синтеза систем управления. Это объясняется как разнообразием исходных данных и требований к САУ, так и сложностью задачи синтеза. Необходимо учитывать, что задача не имеет однозначного решения и нельзя ожидать высокой точности получаемых результатов.

Широкое распространение получили частотные методы синтеза. В этом случае желаемые динамические характеристики САУ представляются в виде логарифмических частотных характеристик. При построении желаемых ЛАХ (ЖЛАХ) удобно пользоваться так называемыми типовыми (стандартными) ЛАХ, параметры которых связаны с показателями качества и точностью системы.

2.11.2. Частотный синтез. Типовые лах

Если в САУ не входят колебательные и дифференцирующие звенья второго порядка, то типовым ЛАХ (рис. 2.90) в общем случае соответствует передаточная функция вида

, (2.257)

где S = const.

В типовых ЛАХ выделяют четыре основных области..

1. Область очень низких частот . Наклон ЛАХ на интервалеопределяется порядком астатизма САУ(количеством интегрирующих звеньев).

2. Область низких частот . Наклон ЛАХ определяется числом апериодических звеньев с постоянной времени.

Первые две области определяют в основном точность воспроизведения медленно меняющихся воздействий и статическую точность САУ.

Рисунок 2.90

3. Область средних частот . Наклон ЛАХ в этом интервале определяет запасы устойчивости по амплитуде и фазе и в значительной мере качество системы в переходном режиме. Для обеспечения приемлемых запасов устойчивости наклон ЛАХ принимается равным ().

Протяженность среднечастотного участка ЛАХ влияет на колебательность САУ. Так, если его ширина примерно равна одной декаде, то перерегулирование (20 – 30)%.

В области средних частот располагается частота среза . Чем больше, тем меньше время регулирования.

4. Область высоких частот . Наклон ЛАХ в этой области определяется количеством апериодических звеньев с постоянными времени(формула (2.249)). Высокочастотная часть незначительно влияет на динамические свойства системы управления. Ее наклон желательно выбирать как можно большим, что уменьшает требуемую мощность исполнительных элементов и влияние высокочастотных помех.

Классификация типовых ЛАХ осуществляется по величинам порядка астатизма и коэффициентаS, определяющим наклоны участков ЛАХ. Обозначение типовой характеристики имеет вид: ЛАХ – . Возможные сочетанияS и и соответствующие им передаточные функции приведены в таблице 2.