Шпоры / шпоры тау / 2006дистанционники / Lekcii / Lekcija №25
.doc
ПИ-регулятор
(изодромный регулятор)
на низких частотах преобладает интегрирующий эффект (отсутствует статическая ошибка),а на высоких частотах – эффект от (качество переходного процесса лучше, чем при И-законе регулирования).
– закон регулирования.
-
– отсутствие регулятора;
-
– П-регулятор;
-
– ПИ-регулятор.
Достоинства:
-
Простота реализации;
-
Существенно улучшает точность регулирования в статике:
• Установившаяся ошибка при постоянном входном воздействии равна нулю;
• Эта ошибка нечувствительна к изменениям параметров объекта.
Недостатки: повышается астатизм системы на единицу и, как следствие, снижение запасов устойчивости, увеличивается колебательность переходного процесса, увеличивается .
Реализация ПИ-регулятора
ПИД-регулятор
На низких частотах преобладает интегрирующий эффект, а на высоких – дифференцирующий.
.
– закон регулирования.
Статическая система при установке ПИД-регулятора становится астатической (статическая ошибка равна нулю), однако в динамике астатизм снимается за счет действия дифференцирующей составляющей, т. е. качество переходного процесса улучшается.
Достоинства:
-
Высокая статическая точность;
-
Высокое быстродействие;
-
Большой запас устойчивости.
Недостатки:
-
Применимы для систем, описываемых
дифференциальными уравнениями невысокого
порядка, когда объект имеет один или два полюса,
или может быть аппроксимирован моделью второго
порядка.
-
Требования к качеству управления низкие.
Реализация ПИД-регулятора
где , , , , причем .
По ЛАЧХ операционного усилителя определяем . Тогда передаточная функция реального регулятора имеет вид .
В системах чаще всего применяется ПИД-регулятор.
Расчёт систем комбинированного управления
Комбинированное – такое управление в автоматической системе, когда наряду с замкнутым контуром регулирования по отклонению используется внешнее компенсирующее устройство по задающим или возмущающим воздействиям.
Принцип инвариантности – принцип компенсации динамической и статической ошибок независимо от формы входного воздействия по каналу управления или компенсации возмущающего воздействия.
-
Расчет компенсирующих устройств по каналу возмущения
Пусть структурная схема исходной системы преобразована к виду, изображенному на рис.1.
Перенесем на вход системы точку приложения возмущения (рис. 2).
Влияние на выходную функцию со стороны возмущения f будет отсутствовать, если выполняется условие абсолютной инвариантности системы к возмущающему воздействию:
- условие полной компенсации возмущения.
Внешние регуляторы используются для получения инвариантности по каналу возмущения с точностью до .
Пример. Пусть объект и регулятор ведут себя как апериодические звенья. Наибольшая постоянная времени, как правило, принадлежит объекту.
Тогда
, , ,
, .
Графики на рис. 3.
1/Тp
1/Т0
Технически трудно и не всегда возможно измерить возмущение, поэтому при проектировании систем часто используют косвенные методы измерения возмущающих воздействий.
2. Расчет систем с компенсацией динамической ошибки по каналу управления
y1
y1+u-y
Для этой системы, структурная схема которой изображена на рис. 4, справедливы следующие соотношения:
;
= – передаточная функция по сигналу ошибки.
Можем добиться условия полной компенсации ошибки, если выбрать компенсирующую цепь с параметрами:
(1) – условие абсолютной инвариантности системы к ошибке по каналу управления.
Передаточная функция системы с компенсирующей цепью .
В этом случае ,
.
Следящие системы реализуются астатическими. Рассмотрим пример для таких систем (рис.5).
В области высоких частот дифференцирование второго порядка в компенсирующей цепи приводит к насыщению усилителей и размыканию цепи при высоком уровне помех. Поэтому осуществляется приближенная реализация, которая дает ощутимый эффект регулирования.
Астатические
системы характеризуются
добротностью
– передаточный
коэффициент k определяется при =1 и =k.
Если k=10, то ошибка в 10%, так как
, система низкого качества (рис.6).
Введем компенсирующую цепь с передаточной функцией
. Такой цепью может служить тахогенератор, если
вход механический. Реализация системы с малой добротностью
проста.
Пусть , из условия (1) получим .
Тогда, имея систему с астатизмом 1-го порядка, получим систему с
астатизмом второго порядка (рис.7).
Всегда Y отстает от управляющего сигнала; введя , уменьшаем ошибку. Компенсирующая цепь не влияет на устойчивость.
Как правило, компенсирующее звено должно обладать дифференцирующими свойствами и реализовываться с использованием активных элементов. Точное выполнение условия абсолютной инвариантности невозможно в виду технической нецелесообразности получения производной выше второго порядка (в контур регулирования вводится высокий уровень помех, возрастает сложность компенсирующего устройства) и инерционности реальных технических устройств. Количество апериодических звеньев в компенсирующем устройстве проектируют равным числу элементарных дифференцирующих звеньев. Постоянные времени апериодических звеньев рассчитывают по условию работы звеньев в существенной области частот, т.е.
, .