Теория автоматического управления

1. Структурный анализ. Правила преобразования структурных схем систем управления.

После получения математических моделей звеньев в виде их передаточных функций составляется структурная схема системы, состоящая из этих звеньев, по которой составляется передаточная функция всей системы. Структурная схема системы – это графическое изображение системы в виде прямоугольников и стрелок. Прямоугольниками обозначают звенья системы, а стрелками – связи между ними (входные и выходные воздействия и возмущения). Звенья могут быть соединены последовательно, параллельно и встречно-параллельно (обратная связь). Сравнивающие (ООС) и суммирующие (ПОС) звенья изображают в виде круга, разделенного на секторы. Структурная схема дает наглядное представление о связях между звеньями, о прохождении и преобразовании сигналов в системе.

1. Последовательное соединение звеньев.

Выходная величина предыдущего звена является входной для последующего звена, общая передаточная функция определяется соотношением:

2. Параллельное соединение звеньев.

Входная величина является общей для всех ее звеньев, а выходная получается путем суммирования выходных величин звеньев:

3. Встречно-параллельное соединение (обратная связь)

Выходная и входная величина связаны между собой, то есть выходной сигнал звена через другое звено подается на его вход. Если сигнал ОС вычитается из входного воздействия, то ОС – отрицательная, если складывается - положительная. Общая передаточная функция определяется:

«+» ставится в случае, когда обратная связь отрицательна, «-» – если положительная.

Правила преобразования структурных схем.

1. Перенос звена через сумматор. Внешнее воздействие, приложенное к выходу звена с передаточной функцией W1(p) может быть перенесено на его вход, если между воздействием и сумматором ввести дополнительное звено с передаточной функцией, обратной W1(p)

2. Перенос сумматора через звено. Внешнее воздействие, приложенное ко входу звена может быть перенесено на его выход, если между воздействием и выходом звена поставить дополнительное звено.

3. Перенос звена через узел. Точку присоединения любой структурной связи к выходу звена можно перенести на вход звена, включив в эту связь дополнительное звено с той же передаточной функцией

4. Перенос узла через звено. Точку присоединения любой структурной связи к входу звена с передаточной функциейW1(p) можно перенести на его выход, включив между выходом и структурной связью дополнительное звено с передаточной функцией, обратной W1(p).

5. Перенос узла через узел. Если между узлами нет звеньев, то их можно менять местами.

6. Перенос сумматора через сумматор.

7. Перенос узла через сумматор.

8. Перенос сумматора через узел.

2. Корректирующие устройства систем управления, их типы и способы включения.

Когда устойчивость и необходимое качество не могут быть достигнуты простым изменением параметров системы (коэффициентов передачи, постоянных времени отдельных звеньев), тогда эта задача решается введением в систему дополнительных устройств, называемых корректирующими.

Последовательное корректирующее устройство – КУ включается последовательно в прямую цепь системы. Его включают непосредственно после датчика рассогласования или же после предварительного усилителя. Применение последовательных КУ удобно в системах, в которых сигналом управления является напряжение постоянного тока. В этих случаях КУ выполняют из пассивных или активных электрических четырехполюсников.

Параллельно-встречное КУ является обратной связью, чаще всего отрицательной, которая охватывает один из элементов прямой цепи системы. Этим элементом обычно является исполнительный элемент или выходной каскад усилителя. Передаточная функция участка цепи: .В качестве КУ такого типа могут быть использованы достаточно мощные элементы, но широко используются и пассивные четырехполюсники постоянного тока, тогда просто обеспечить сложное преобразование сигнала. Корректирующие обратные связи могут быть жесткими и гибкими. Жесткая ОС действует на систему как в переходном, так и в установившемся режимах. Гибкая ОС действует только в переходных режимах.

Параллельное КУ. Прямое параллельное КУ при меньшей сложности обеспечивает нужное преобразование сигнала управления.

Корректирующие устройства – основной способ повышения качества линейных непрерывных систем регулирования по отклонению. Иногда в системах используют одновременно два КУ: последовательное и параллельное или прямое параллельное.