18. Методы устранения негативного влияния нелинейных элементов

18.1. Краткая характеристика методов.

Наличие существенно нелинейных элементов САУ, не предусмотренных структурой, может вызвать ухудшение качества управления, а в ряде случаев делает управление вообще невозможным. Это проявляется в росте погрешности управления, увеличении времени протекания переходного процесса и его колебательности, потере системой устойчивости в большом, возможности возникновения автоколебательных режимов и др. В связи с этим стремятся уменьшить вредное влияние нелинейных элементов следующим образом:

1) улучшая конструкции функционально-необходимых элементов;

2) устраняя влияния нелинейного элемента путем изменения линейной части системы за счет:

- изменения параметров и структуры линейной части системы;

- введения дополнительных линейных обратных связей (охват нелинейных элементов линейными обратными связями);

3) компенсируя влияние нелинейности путем:

- применения специальных компенсирующих нелинейных элементов, обеспечивающих линейность системы;

- применения компенсирующих формирующих устройств, осуществляющих введение дополнительного (компенсирующего) сигнала управления по отклонению;

- используя вибрационную линеаризацию нелинейности.

Применительно к конкретной динамической системе можно применять наиболее рациональные из указанных методов или их комбинации.

18.2. Улучшение конструкции функционально необходимых элементов.

Тщательная конструктивная обработка, высокая точность изготовления функционально необходимых элементов позволяют приблизить характеристики этих элементом к линейным. Повышение запаса мощности дает возможность увеличить линейный диапазон их работы без ограничения. Увеличение коэффициента преобразования системы уменьшает влияние зоны нечувствительности. Усложнение конструкции редуктора за счет введения противолюфтовых шестерен и т. д. позволяет свести к минимуму влияние люфта. Однако такой путь устранения вредного влияния нелинейных элементов целесообразен до определенного предела, так как ведет к возрастанию стоимости изготовления устройств и их эксплуатации. Устранение в той или иной степени влияния сил сухого трения вызывает уменьшение зоны нечувствительности и статических ошибок. Вместе с тем уменьшение сил сухого трения, оказывающих стабилизирующее действие на систему, может вызвать автоколебания. Целесообразным выбором параметров системы можно добиться ослабления влияния различных нелинейностей на качество и устойчивость САУ.

18.3. Устранение вредного влияния нелинейного элемента за счет изменения параметров линейной части сау.

Изменение параметров и структуры линейной части САУ. С помощью соответствующего выбора параметров линейной части можно существенно ослабить или даже в некоторых случаях устранить влияние нелинейных элементов на устойчивость и качество переходных процессов САУ. Изменяя параметры линейной части, можно добиться, чтобы характеристики и не пересекались и условия гармонического баланса (условия возникновения автоколебаний) не выполнялись (см. рис.18.1).

Рисунок 18.1. Изменение параметров линейной части

Подбором параметров линейной части можно изменить параметры возникающего автоколебательного режима в нужном направлении.

Введение дополнительных обратных связей. Эффективный способ уменьшения влияния нелинейных элементов ‑ применение обратных связей, охватывающих те или иные нелинейные элементы. Если элемент с , имеющий нелинейность с эквивалентной АФЧХохвачен стабилизирующей обратной связью, то эквивалентная частотная характеристика определяется выражением

. (18.1)

Можно так подобрать параметры стабилизирующей обратной связи , чтобы в рабочем диапазоне частот обеспечивалось соотношение

. (18.2)

Тогда

и характеристика системы не зависит от свойств нелинейного элемента и амплитуды действующих на систему сигналов. Данный способ достаточно экономичен, эффективен и широко применяется на практике.