(Элементы системотехники)

Под структурными схемами понимают определённое соединение звеньев системы с конкретными передаточными функциями. Термин «звенья» применяется с целью различить элементы (электро-радиоэлементы) и более сложные структурные образования (звенья), описываемые соответствующими передаточными функциями. Различают 3 основных способа соединения звеньев в системах управления:

1. Последовательное соединение

Для последовательного соединения звеньев применяется мультипликативная форма относительно их передаточных функций.

Замечание: следует различать последовательные соединения электрорадиоэлементов (в смысле закона Ома) и последовательное соединение звеньев (в смысле передаточных функций).

Последовательное соединение звеньев даёт различного рода эффекты изменения математической формы общей передаточной функции.

Например:

Типичным примером является: (эффект устранения (или компенсации) инерционности системы).

2. Параллельное соединение

Параллельное соединение описывается аддитивной формой относительно передаточных функций, но следует отличать другие виды соединений

Эффекты параллельного соединения так же связаны с изменением математической формы общей передаточной функции.

Выделим специальный тип параллельного соединения:

— эффект блокировки входного сигнала

3. Антипараллельное соединение или соединение с обратной связью

W=y/x=W₀/(1-W₀W_ос)

Различают положительную и отрицательную обратные связи: ПОС (+W_ос), ООС (–W_ос).

Очевидно, что эффекты ПОС и ООС будут различными.

Пример:

Таким образом эффекты ПОС и ООС прямо противоположны (элементы памяти и генераторы, соответственно). Следует отметить, что при изменении знака основной цепи W₀ смысл эффектов ПОС и ООС так же меняется.

Перечисленные типы соединений являются основой синтеза и анализа структурных схем сложных систем управления.

Корректирующие цепи в системах управления

Синтез систем управления включает 2 этапа. На первом этапе формируется базовая структура системы, необходимая для реализации заданного закона управления. На втором этапе формируются определённые свойства системы, необходимые для эффективного выполнения заданного закона управления. К таким свойствам обычно относят устойчивость, точность, качество переходных процессов. Реализация этих свойств подразумевает дополнение основной структуры системы соответствующими корректирующими цепями. В общем случае основной задачей корректирующих цепей является приведение исходной передаточной функции системы к заданной математической форме с соответствующими параметрами.

Различают 3 основных типа корректирующих цепей — последовательные, параллельные и антипараллельные (в виде обратной связи). Между ними существует взаимно однозначное соответствие, позволяющее перейти от одного типа цепи к другому.

С математической точки зрения введение корректирующих цепей в соответствующую систему основано на мультипликативной процедуре для последовательной цепи.

Например:

- исходная передаточная функция системы управления, построенная для реализации заданного закона управления на первом этапе синтеза.

Необходимо получить передаточную функция вида

W₀ — требуемая (конечная) математическая форма передаточной функции системы с учётом введённой корректирующей цепи последовательного типа W_k^/. Решение:

W

На основе полученной математической формы передаточной функции корректирующей цепи необходимо создать её схемотехническую реализацию. Очевидно, учитывая однозначную взаимосвязь корректирующих цепей различного типа, такая схемотехническая реализация возможна для любого типа корректирующей цепи.

Одной из основных задач введения корректирующих цепей является задача повышения быстродействия системы. Например, по аналогии с предыдущим примером:

Задание: W=k/(T₁p+1) W₀ = k/(T₂p+1) T₂<T_{1 .} Решение:

W₀ = k(T₁p+1) /(T₁p+1)(T₂p+1) = k/(T₂p+1)

Далее необходимо реализовать схемотехнически корректирующую цепь последовательного типа W_k^/ = (T₁p+1)/(T₂p+1). Такого типа задача является темой расчетно-графической или курсовой работы. Поэтому более подробно эта задача рассматривается в соответствующих методических указаниях.