5.2. Методы синтеза одноконтурных автоматических систем регулирования

В задачи синтеза автоматических систем регулирования входят выбор закона регулирования и определение параметров настройки регулятора, обеспечивающих заданное или оптимальное качество переходных процессов.

Рис. 5.2. Номограммы для выбора закона регулирования:

а — переходный процесс без перерегулирования; б — с 20 %-м перерегулированием; в — с минимумом

Выбор закона регулирования основывается на требованиях к качеству стабилизации параметра, динамических характеристиках объекта регулирования и характеристиках возмущающих воздействий. При этом значение возмущающих воздействий оценивают по входному регулирующему воздействию , обеспечивающему их компенсацию.

При выборе закона регулирования обычно используют номограммы (рис. 5.2), составленные для трех наиболее распространенных типов переходных процессов; без перерегулирования с 20%-ным перерегулированием и с минимумом J₂.

На номограммах представлены И-, П-, ПИ- и ПИД-регуляторы. С увеличением инерционности объекта, характеризуемой отношением , и изменением коэффициента усиления регулятора должны быть использованы более сложные законы регулирования [4].

Выбор закона регулирования завершается проверкой обеспечения регулятором допустимых времени и ошибки регулирования.

5.3. Методы синтеза многоконтурных автоматических систем регулирования

Если объект регулирования имеет неудовлетворительные динамические характеристики, то требуется усложнение закона регулирования или переход от одноконтурной системы к многоконтурной, включающей в себя дополнительные (корректирующие) импульсы по возмущениям или вспомогательным выходным координатам.

В зависимости от корректирующего импульса многоконтурные автоматические системы регулирования (СР) делят на комбинированные, каскадные, с вводом производной от промежуточной регулируемой величины и взаимосвязанные системы.

Синтез комбинированных автоматических СР. Если на объект регулирования действует одно или несколько возмущающих воздействий и каналы передачи этих воздействий имеют меньшую инерционность, чем каналы передачи регулирующего воздействия, то обычная одноканальная СР, действующая по отклонению регулируемой величины, оказывается неэффективной и требуемое качество регулирования может быть обеспечено работой комбинированной, т. е. действующей по отклонению и по возмущению, СР.

Синтез каскадных автоматических СР. Этот тип много контурных СР рекомендуется в том случае, если основной вид возмущения — поступающее по каналу регулирующее воздействие. При этом сам объект, характеризуемый значительной инерционностью, должен иметь промежуточную (вспомогательную) регулируемую величину менее инерционную, чем основная.

Синтез автоматических СР с выводом производной от промежуточной регулируемой величины . Такие системы — вариант каскадной СР и рекомендуются для случая, когда регулируемый параметр распределен по пространственной координате (например, по длине объекта), а регулирующее воздействие подается на его вход.

В результате воздействия дополнительного импульса процесс компенсации возмущений начнется раньше, чем произойдет существенное отклонение у.

Однако в установившемся режиме дополнительное воздействие должно сниматься, иначе регулятор будет поддерживать у с ошибкой. Именно поэтому дополнительное воздействие формируется с помощью дифференциала .

Синтез многосвязных автоматических СР. Этот тип многоконтурных СР рекомендуется в том случае, если ОУ характеризуется системой взаимных связей между выходными параметрами (одно регулирующее или возмущающее воздействие оказывает влияние на несколько выходных параметров).

Динамику многосвязных объектов описывают системой дифференциальных уравнений, а в преобразованном по Лапласу виде — матрицей ПФ.

Если рабочие частоты двух контуров регулирования различны, то взаимное влияние контуров незначительно и их можно рассчитывать независимо.

Если инерционность прямых и перекрестных каналов примерно одинакова, то параметры рассчитывают по эквивалентной ПФ или вводят в структурную схему компенсирующие связи, т. е. рассчитывают систему связанного регулирования.

Система связанного регулирования обеспечивает принцип автономности — взаимную независимость выходных координат при работе замкнутых СР. Автономность достигается организацией перекрестных компенсирующих связей по одному из двух вариантов: в виде прямых и обратных перекрестных компенсирующих связей.

Системы могут быть автономными по отношению к задающим или возмущающим воздействиям, причем оба признака одновременно не реализуются.

Сложно реализуется система связанного регулирования при числе связей , поскольку число перекрестных компенсирующих связей увеличивается до .