3. Синтез и реализация непрерывного закона управления, удовлетворяющего требованиям технического задания.

Требования высокой точности регулирования, определенного быстродействия и приемлемых запасов устойчивости, обычно используемые в инженерной практике, с математической точки зрения часто оказываются противоречивыми. Это приводит к тому, что решение задачи синтеза приходится искать в классе динамических регуляторов, с помощью которых динамика разомкнутой системы может быть изменена таким образом, чтобы замкнутая система обладала требуемыми показателями. Тем не менее, результаты, полученные на предыдущем этапе, могут служить основой для дальнейших исследований. В частности, статические коэффициенты передачи регулятора (коэффициенты обратных связей по главной и вспомогательной измеряемым переменным) могут быть выбраны из условий обеспечения требуемой точности, а если это возможно, то и требуемого быстродействия. После чего динамика регулятора подбирается таким образом, чтобы обеспечить желаемые частотные показатели качества (запасы устойчивости).

Для непрерывных систем наиболее простой метод решения задачи в рамках данного подхода основан на использовании логарифмических амплитудно-частотных характеристик (метод ЛАЧХ). Суть этого метода состоит в следующем:

 по результатам предыдущего этапа выбираются статические коэффициенты передачи регулятора, обеспечивающие требуемую точность регулирования, а возможно, и требуемое быстродействие, после чего, строится исходная ЛАЧХ частично скорректированной (с помощью статистического регулятора) разомкнутой по главной обратной связи системы;

 с использованием всех требований технического задания к качеству регулирования строится желаемая ЛАЧХ;

 из сравнения исходной и желаемой характеристик определяется требуемая динамика регулятора в виде логарифмических характеристик корректирующих устройств, после чего окончательно определяются передаточные функции, и если это необходимо, уравнения регулятора.

Следует отметить, что метод ЛАЧХ дает хорошие результаты лишь в тех случаях, когда характеристический полином исходной разомкнутой системы не содержит «правых» корней. Это означает, что если в исходной системе имеется внутренний контур, образованный вспомогательной обратной связью, то этот контур должен быть сам по себе устойчив и иметь некоторые запасы устойчивости. Поэтому, прежде чем строить исходную ЛАЧХ, необходимо построить ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого внутреннего контура и убедиться по этим характеристикам, что указанное свойство имеет место. В противном случае, если внутренний контур неустойчив, либо имеет малые запасы устойчивости, то изменением соответствующего коэффициента передачи регулятора (если это возможно), или введением корректирующего устройства следует добиться выполнения отмеченного свойства. При этом может быть использована та же схема, что и для общего случая (построение исходной и желаемой ЛАЧХ разомкнутого внутреннего контура и нахождение ЛАЧХ и передаточной функции корректирующего устройства).

При построении желаемой ЛАЧХ следует помнить, что низкочастотная часть этой характеристики строится по требованиям к точности регулирования, среднечастотная часть определяется заданными быстродействием и запасами устойчивости, и высокочастотная часть определяется требованиями простоты и физической реализуемости корректирующего устройства.

Рассмотренная методика синтеза регулятора на основе метода ЛАЧХ не является единственной. Существует множество других способов и подходов, основанных на этом методе (применение параллельной коррекции, метод обратных ЛАЧХ и др.). Кроме того, могут быть применены принципиально другие методы, в частности, методы аналитического синтеза регуляторов (модальное управление, линейно-квадратическая оптимизация в сочетании с теорией наблюдающих устройств и др.).

После определения модели (передаточных функций или дифференциальных уравнений) и параметров регулятора необходимо разработать принципиальную схему для его реализации. При этом следует помнить, что для реализации непрерывного закона управления обычно применяют активные или пассивные четырехполюсники постоянного тока.

При составлении принципиальной схемы регулятора необходимо выбрать или рассчитать все элементы этой схемы, определить входные и выходные сопротивления каждого канала для сигналов постоянного тока. Кроме того, рекомендуется предусмотреть возможность подстройки параметров регулятора.