9.1.5 Класифікація методів розв’язання задач синтезу

Сучасних методів розв’язання задач синтезу дуже багато, і вони можуть бути представлені такими групами:

1. Методи параметричного синтезу, що ґрунтуються на вольовому виборі структури коригуючого пристрою з подальшим обчисленням параметрів, таких, що забезпечують реалізацію вибраної критеріальної стратегії синтезу, тобто формалізованого представлення вимог проектувальника до системи.

Методи параметричного синтезу поділяють на:

• методи, що орієнтуються на синтез параметрів типових законів управління, та реалізуються пристроями, що називаються регуляторами;

• методи синтезу параметрів довільно вибраних законів, які реалізуються спеціальними пристроями, що мають загальну назву коригуючих пристроїв.

Основне місце займають методи параметричного синтезу типових законів управління (інтегральний, пропорційний, диференціальний та ін.).

2. Методи синтезу за бажаними або еталонними динамічними характеристиками. Ці методи також спираються на певні обмеження структури синтезованого закону, але ці обмеження менш суворі. Ідеологія цих методів синтезу полягає в тому, що на першому етапі синтезу задаються еталонні умови динаміки системи, а на другому відбувається декомпозиція математичної моделі САУ з вичлененням із неї математичної моделі об'єкта управління. Тоді частина, що залишилася, утворює закон управління.

3. Методи синтезу, які дозволяють на підставі математичної моделі об'єкта управління і формалізованої критеріальної стратегії синтезу одночасно отримувати і структуру, і параметри необхідних законів управління. Це група сучасних методів структурно-параметричного синтезу. В основному це методи синтезу оптимальних законів управління.

Методи перших двох груп є наближеними, методи третьої групи - точні.

9.1.6 Коригуючі пристрої і способи їх включення в сау

Як уже зазначалося, коригуючи пристрої служать для формування такого закону управління, який забезпечив би необхідну якість процесу управління. У тому випадку, коли закон управління відомий і вибирається у вигляді комбінації деяких типових законів, коригуючий пристрій називається регулятором.

Залежно від способу включення коригуючого пристрою у структурі системи управління розрізняють: послідовні, зустрічно-паралельні та паралельні коригуючі пристрої (типові регулятори включають, як правило, тільки послідовно).

П ослідовний коригуючий пристрій включають безпосередньо в контур управління після елемента порівняння або (частіше) після попереднього підсилювача (див. рис. 9.2а). Передаточна функція розімкненої скоригованої системи

, (9-1)

де - передаточна функція некоригованої частини системи; - передаточна функція послідовного коригуючого пристрою.

Зустрічно-паралельний коригуючий пристрій (див. рис. 9.2б) є, по суті, місцевим зворотним зв'язком (найчастіше негативним), який охоплює один з елементів прямого ланцюга, яким часто буває виконавчий пристрій або вихідний каскад підсилювача потужності. Передаточна функція розімкненої скоригованої системи

, (9-2)

де - передаточна функція частини системи, не охопленої зворотним зв'язком; - передаточна функція частини системи, охопленої зворотним зв'язком; - передаточна функція зустрічно-паралельного коригуючого пристрою.

Застосування зустрічно-паралельної корекції підвищує стабільність характеристик системи в області робочих частот. Це випливає з (9-2), якщо врахувати, що в діапазоні частот, де , частотна передаточна функція скорегованої системи

(9-3)

перестає бути залежною від властивостей ланок, охоплених зворотним зв'язком, а визначається лише властивостями коригую чого пристрою. Ця обставина є важливою перевагою зустрічно-паралельної корекції, особливо якщо ланка є істотно нелінійною і її параметри змінюються у часі. Другою важливою перевагою такого коригуючого пристрою є те, що його вхід підключається до виходу елемента з високим рівнем сигналу, а це знижує вимоги до енергоспоживання коригуючого пристрою.

Зворотні зв'язки корекції діляться на жорсткі і гнучкі. Жорсткий зворотний зв'язок діє у системі як у перехідному, так і в усталеному режимі і реалізується безінерційною або аперіодичною ланкою. Гнучкий зворотний зв'язок діє лише в перехідному режимі і реалізується або диференціювальною, або інерційно-диференціювальною ланкою.

Паралельний (прямий) коригуючий пристрій (див. рис. 9.2в) застосовується не часто, але інколи дозволяє при меншій складності забезпечити необхідне перетворення сигналу управління. Наприклад, паралельне з'єднання підсилювальної і аперіодичної ланок за умови дотримання малої різниці їх коефіцієнтів передачі дозволяє отримати реальну форсувальну ланку з великою сталою часу.

Формально завжди можна вибрати паралельну (пряму або зворотну) схему включення коригуючого пристрою таку, щоб отримати результат, еквівалентний тому, що може бути отриманий при послідовній корекції. Для цього необхідно прирівняти праві частини, наприклад, рівнянь (9-1) і (9-2) та розв’язати отримане співвідношення стосовно чи .

Корекція за збуренням, при якій коригуюча ланка включається в додатковий прямий ланцюг, показана на структурній схемі рисунка 9.2г. Така схема корекції не впливає на вільний рух і стійкість замкнутої системи та покращує її якість за рахунок зменшення динамічної помилки, що компенсується за збуренням.

З урахуванням принципу суперпозиції вираз для зображення сигналу неузгодження набуває вигляду

(9-4)

З рівняння (9-4) випливає, що якщо вибрати корегуючий пристрій із передаточною функцією , то можна повністю усунути динамічну помилку системи незалежно від виду збурю вальної дії. Застосування цього методу корекції пов'язане з певними технічними труднощами, передусім із тим, що отримувана передаточна функція корегуючого пристрою може виявитися такою, що практично не реалізується (наприклад, одержуються чисто диференціювальні ланки).

Розглянуті вище способи включення коригуючи пристроїв можуть використовуватися як самостійно, так і в комбінації один з одним. Вибір способу включення є складним інженерним завданням і залежить передусім від технічної складності реалізації отриманої передаточної функції.