Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по ТАУ (автоматика) - файл ТАУ ЛЕКЦИЯ 10.doc


Лекции по ТАУ (автоматика)
скачать (9255.7 kb.)

Доступные файлы (16):

ЛЕКЦИЯ 1.doc1018kb.17.04.2009 19:32скачать
ЛЕКЦИЯ 2.doc927kb.01.11.2006 00:09скачать
ЛЕКЦИЯ 3.doc1243kb.01.11.2006 00:44скачать
ЛЕКЦИЯ 4.doc945kb.01.11.2006 02:53скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 10.doc776kb.16.02.2007 22:18скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 11.doc1194kb.11.03.2007 17:13скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 12.doc862kb.19.03.2007 22:10скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 13.doc821kb.17.04.2007 03:47скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 14.doc851kb.17.04.2007 04:53скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 15.doc3215kb.12.05.2007 18:25скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 16.doc1084kb.16.05.2007 01:19скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 5.doc799kb.02.11.2006 03:20скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 6.doc595kb.14.11.2006 00:39скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 7.doc476kb.10.02.2007 11:42скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 8.doc1189kb.10.02.2007 11:43скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 9.doc1155kb.10.02.2007 02:00скачать

ТАУ ЛЕКЦИЯ 10.doc

ЛЕКЦИЯ 10
Увеличение общего коэффициента усиления К разомкнутой цепи является методом повышения точности системы. При этом уменьшаются все виды установившихся ошибок системы.

Увеличение К осуществляется последовательным введением усилительного звена в общую цепь. Но увеличение К ведет и к ухудшению условия устойчивости, а значит и качества переходного процесса. Поэтому часто приходится делать это одновременно с введением производной.

Введение интеграла от ошибки является методом создания или повышения порядка астатизма системы, а значит, и увеличения ее точности (рис. 10.1).

Передаточная функция разомкнутой системы будет

.

Подставив s = , получим .

Вследствие поворота фазы на – 90о ухудшаются условия устойчивости и качество переходного процесса (обратный эффект с введением производной по ошибке). Иногда это может привести и к неустойчивости замкнутой системы.

В случае введения двойного интеграла (рис. 10.2) система будет структурно неустойчивой (неустойчивой при любых значениях параметров), так как в характеристическом уравнении отсутствует член с первой степенью λ. Поэтому астатизм второго порядка реально возможен только при условии введения производных в закон управления, т.е. при наличии некоторого многочлена N(s) в числителе передаточной функции.



Изодромное корректирующее устройство (рис. 10.3) имеет передаточную функцию вида

.

Объединяя в себе введение интеграла и производной, оно позволяет избежать недостатков предыдущего устройства и получать необходимый порядок астатизма системы, сохраняя ее устойчивость и качество.

Поскольку можно записать

,

то структурно изодромное устройство можно представить, как изображено на рис. 10.4.



Следовательно, если в случае простого введения интеграла (рис. 10.1) регулирование в системе производится не по величине ошибки ε, а только по интегралу от нее, то при изодромном устройстве мы получаем регулирование по ошибке и по интегралу (аналогично тому, как на рис. 9.5, было показано регулирование по ошибке и по ее производной).

Техническое осуществление изодромного устройства может быть различным (механическое, электрическое и др. устройства).

Возможны и более сложные передаточные функции последовательных корректирующих устройств – фильтров.
^ Типовые параллельные корректирующие устройства.
Рассмотрим параллельные корректирующие устройства в виде обратных связей (рис. 9.4). Основные виды корректирующих обратных связей следующие:

  1. жесткая обратная связь

;

  1. инерционная жесткая обратная связь

;

  1. гибкая обратная связь

;

  1. инерционная гибкая обратная связь

.

Возможны и более сложные передаточные функции корректирующих обратных связей.

Проиллюстрируем на примерах основные свойства этих обратных связей при охвате ими различных типов звеньев.

^ Положительная жесткая обратная связь. Пусть она охватывает апериодическое звено (рис.10.5), т.е. . Тогда общая передаточная функция будет

или , где .

Следовательно, положительная обратная связь может служить для увеличения коэффициента усиления (передачи). Но надо иметь в виду, что одновременно с этим увеличивается и постоянная времени, т.е. инерционность звена, а при звено становится неустойчивым.


Отрицательная жесткая обратная связь. При охвате ею апериодического звена получаем

, где .

Следовательно, отрицательная жесткая обратная связь уменьшает инерционность звена. Тем самым она улучшает качество переходного процесса в системе и может оказывать стабилизирующее действие, т.е. превращать неустойчивую замкнутую систему в устойчивую (подобно введению производной). Уменьшение же коэффициента передачи при этом может быть скомпенсировано за счет других звеньев системы.

При охвате интегрирующего звена отрицательной жесткой обратной связью, т.е. при получаем , где .

Видно, что под действием жесткой обратной связи теряется интегрирующее свойство звена, и оно превращается в апериодическое с коэффициентом усиления, который целиком определяется только обратной связью.

Постоянная времени будет мала при большом коэффициенте усиления звена .

Указанный способ введения обратной связи применяется на практике, например, в приводных устройствах, чтобы сделать угол поворота выходного вала пропорциональным управляющему сигналу (напряжению).

Из выше изложенного ясно, что любую систему автоматического управления, как правило, можно разделить на две части: изменяемую и неизменяемую. В неизменяемую часть входят: объект управления, управляющий орган, система измерения управляемой величины (датчики, вторичные преобразователи сигнала) и др. Эти элементы системы управления не изменяют своих характеристик в процессе работы. На практике всю неизменяемую часть можно отнести к объекту управления и получить для него общую передаточную функцию Wо(s).

Изменяемая часть представляет собой совокупность различных технических устройств, параметры которых могут быть изменены в процессе эксплуатации. Основное функциональное назначение изменяемой части состоит в том, чтобы сккоректировать характеристики системы управления так, чтобы работа системы в целом удовлетворяла требуемым критериям качества. К изменяемой части относятся регулятор или другие корректирующие устройства.
^ Применение регуляторов для улучшения качества работы систем автоматического управления.

Одним из наиболее распространенных способов обеспечения требуемых показателей качества (устойчивость, точность, быстродействие) является использование регуляторов. Наибольшее распространение в промышленности получили релейные регуляторы и стабилизирующие регуляторы. Релейные регуляторы рассмотрим несколько позже, при изучении нелинейных САУ.

Стабилизирующие (типовые) регуляторы являются наиболее универсальными и распространенными регуляторами. В силу своей универсальности они легко приспосабливаются для автоматизации разнообразных технологических процессов и объектов.

Типовые регуляторы реализуют типовые законы управления. Что такое закон управления? Закон управления – это алгоритм или функциональная зависимость, в соответствии с которыми регулятор формирует управляющее воздействие u(t). Эта зависимость может быть представлена в виде:

u(t) = F(ε, g, f)

где F - некоторый оператор от сигнала рассогласования ε(t), задающего воздействия g(t) и возмущающего воздействия f(t), а также от их производных и интегралов по времени.

Обычно закон управления можно разделить по виду входного сигнала на три слагаемых:

u(t) = F1(ε) + F2(g) + F3(f) ,

где F1(ε), F2(g) и F3(f) выражают управление по отклонению, задающему и внешнему воздействям, соответственно.

В зависимости от вида оператора F законы управления делятся на стандартные и специальные:

  • стандартные законы управления - это универсальные законы, с помощью которых можно решать задачи автоматизации разнообразных технологических процессов и объектов.

  • специальные законы управления - это законы, формируемые для решения конкретных задач.

Стандартный закон управления имеет следующий вид:


Первое слагаемое является пропорциональной, второе - интегральной, третье - дифференциальной составляющими стандартного закона управления. Коэффициенты KП, TИ и ТД определяют вклад каждой из составляющих в формируемое управляющее воздействие.

Регулятор, формирующий управляющее воздействие в соответствии со стандартным законом управления имеет передаточную функцию:

Wр(s) = KП + 1/Tи·s + Tд·s



Пропорциональная составляющая стандартного закона управления позволяет уменьшить установившуюся ошибку: εуст = 1/(1 + Кп·Kо), где Kо – коэффициент передачи объекта управления.

Интегральная составляющая стандартного закона управления вводится для повышения степени астатизма системы и, следовательно для повышения точности: εуст = 0.

Дифференциальная составляющая стандартного закона управления непосредственно не влияет на установившуюся ошибку. Однако она повышает запас устойчивости системы, что позволяет компенсировать потерю устойчивости при увеличении вклада пропорциональной и интегрирующей составляющих. Кроме того, дифференцирующая составляющая обеспечивает повышение быстродействия и снижение динамической ошибки системы, то есть работает с “предвидением” (предварением).

^ Типы регуляторов

В зависимости от того, какие составляющие стандартного закона управления используются в том или ином типовом регуляторе различают:

  • пропорциональные (или статические) регуляторы (П-регуляторы);

  • интегральные (или астатические) регуляторы (И-регуляторы);

  • пропорционально-интегральные или изодромные регуляторы (ПИ- регуляторы);

  • пропорционально-дифференциальные (или статические с предварением) регуляторы (ПД- регуляторы);

  • пропорционально-интегрально-дифференциальные (или изодромные с предварением) регуляторы (ПИД- регуляторы).

П-регуляторы. Реализуют П-закон или пропорциональный закон управления

u(t) = KП·ε(t).

WР(s) = KП.

  Регулирование в этом случае получается статическим, так как при любом конечном значении коэффициента передачи разомкнутой системы установившаяся ошибка будет отличной от нуля.

И-регуляторы. Реализуют И-закон или интегральный закон управления

u(t) =

WР(s) = 1/Tи·s

При интегральном управлении получается астатическая система. Повышение степени астатизма приводит к увеличению установившейся точности системы, но одновременно снижает ее быстродействие, а также приводит к ухудшению устойчивости. Снижение быстродействия объясняется тем, что в первый момент времени при появлении ошибки управляющее воздействие равняется нулю и только затем начинается его рост. В системе пропорционального управления рост управляющего воздействия в первые моменты времени происходит более интенсивно, так как наличие ошибки сразу дает появление управляющего воздействия, в то время как в системе интегрального управления должно пройти некоторое время.

ПИ-регуляторы. Реализуют ПИ-закон или пропорционально-интегральный закон управления

u(t) =

WР(s) = KП + 1/Tи·s

Пропорционально-интегральное (изодромное) управление сочетает в себе высокую точность интегрального управления (астатизм) с большим быстродействием пропорционального управления. В первые моменты времени при появлении ошибки система с ПИ-регулятором работает как система пропорционального регулирования, а в дальнейшем начинает работать как система интегрального управления.

ПД-регуляторы. Реализуют ПД-закон или пропорционально-дифференциальный закон управления:

u(t) =

WР(s) = Kп + Tд·s

Пропорционально-дифференциальное управление применяются для повышения быстродействия работы системы.

Регулирование по производной не имеет самостоятельного значения, так как в установившемся состоянии производная от ошибки равна нулю и управление прекращается. Однако она играет большую роль в переходных процессах, потому что позволяет учитывать тенденцию к росту или уменьшению ошибки. В результате увеличивается скорость реакции системы, повышается быстродействие, снижается ошибка в динамике.

ПИД-регуляторы. Реализуют ПИД-закон или пропорционально-интегрально-дифференциальный закон управления:

u(t) =

WР(s) = Kп + 1/Tи·s + Tд·s
ПИД-регулятор, представляющий собой астатический изодромный регулятор с предвидением, обеспечивает повышенную точность и повышенное быстродействие системы. Настройка такого регулятора заключается в задании значений коэффициентов KП, TИ, TД таким образом, чтобы удовлетворить требованиям качества управления в соответствии с выбранными критериями качества.

При невозможности решить задачу получения требуемого качества процесса управления в рамках имеющейся системы путем изменения ее параметров (параметров регулятора) изменяют структуру системы. Для этой цели в систему вводят корректирующие устройства, которые должны изменить динамику системы в нужном направлении. Корректирующие звенья изменяют передаточную функцию регулятора системы, и таким образом обеспечивается формирование необходимого закона управления для удовлетворения поставленных требований к системе.







Скачать файл (9255.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации