Структурный синтез системы Способы коррекции системы

Если выбором параметров системы автоматического управления не удаётся обеспечить её требуемые показатели качества, то прибегают к структурным изменениям системы с целью улучшения качественных показателей системы. Структурные изменения осуществляются путем включения в структуру имеющейся системы дополнительных структурных (корректирующих) звеньев, основным назначением которых является улучшение динамики системы.

Таким образом, задача синтеза в этом случае сводится к синтезу корректирующего звена. В процессе синтеза определяется вид корректирующего звена, способ и место включения звена в структуру системы, а также параметры звена.

Исходными предпосылками для синтеза корректирующего звена являются характеристики исходной системы и ее желаемые характеристики. На основе этих предпосылок методами теории автоматического управления определяются требования к корректирующему звену. На основании определенных требований осуществляется физическая реализация корректирующего звена в виде преобразовательного элемента, включаемого в состав системы. В электромеханических САУ целесообразно выбирать электрические корректирующие звенья в виде пассивных четырехполюсников.

Корректирующие звенья могут включаться в структуру САУ различным образом. Различают последовательную коррекцию, параллельную коррекцию и комбинированный способ.

Последовательная коррекция

П ри этом виде коррекции корректирующее звено включается в структуру корректируемой системы последовательно с другими структурными звеньями системы (рис. 121).

Корректирующее звено описано передаточной функцией W_к(p) и включено в разрыв между остальными звеньями системы. В результате исходная структура системы делится на две части с передаточными функциями W₁(p) и W₂(p).

Требуемая для улучшения системы передаточная функция корректирующего звена может быть найдена путем сопоставления требуемой передаточной функции замкнутой системы , которая, как известно, определяет процесс в системе и передаточных функций имеющихся элементов системы.

Требуемая передаточная функция замкнутой системы

,

где  передаточная функция скорректированной разомкнутой системы. При последовательном включении корректирующего звена

.

Передаточная функция исходной разомкнутой системы до коррекции

, следовательно, .

С другой стороны, .

Из последних двух выражений можно определить требуемую передаточную функцию корректирующего звена

.

Таким образом, найдено математическое описание корректирующего звена, по которому можно осуществить его физическую реализацию. При реализации выбирается некоторый преобразовательный элемент, имеющий требуемую передаточную функцию, и включается в разрыв тракта преобразования сигнала корректируемой системы.

Общие свойства последовательной коррекции:

1. простота коррекции и расчета корректирующего звена;

2. снижение общего усиления системы в случае пассивного корректирующего звена, что требует дополнительного усиления сигнала в системе;

3. влияние нестабильности параметров корректирующего звена на качество системы;

4. необходимость согласования корректирующего звена по мощности и по входному и выходному сопротивлениям с параметрами корректируемой системы.

Параллельная коррекция

В этом случае корректирующее звено включается в обратную связь, охватывающую часть звеньев исходной системы (рис. 122). Введение обратной связи изменяет характеристики части системы, охваченной обратной связью и, следовательно, характеристики системы в целом.

При параллельной коррекции исходная корректируемая система разбивается на две части: некорректируемая часть с передаточной функцией W_н(p) и корректируемая часть, охваченная обратной связью, с передаточной функцией W_o(p).

Для структурной схемы системы с параллельной коррекцией можно записать

,

откуда

.

Так же как и в предыдущем случае, по математическому описанию корректирующего звена с помощью его передаточной функции можно осуществить его физическую реализацию.

Общие свойства параллельной коррекции:

1. высокая эффективность коррекции, превосходящая эффективность последовательной коррекции;

2. возможность применения в системах любой мощности;

3. исключение влияния на параметры системы звеньев, охваченных обратной связью;

4. малая подверженность влиянию помех;

5. более сложная схема включения и более сложный расчет коррекции;

6. возможные перегрузки в цепи, охваченной обратной связью.

Комбинированная коррекция

Используется несколько корректирующих звеньев, которые включаются как последовательно, так и параллельно (рис. 123). Для упрощения на рис. показаны только два корректирующих звена: последовательное с передаточной функцией W_к1(p) и параллельное с передаточной функцией W_к2(p). На практике могут использоваться многие корректирующие звенья, включаемые как последовательно, так и параллельно.

В случае комбинированной коррекции задача синтеза корректирующих звеньев решается последовательно с использованием приведенных выше основных положений. Комбинированная коррекция наиболее эффективна и позволяет существенно изменить динамику исходной системы.

Выбор типа коррекции производится в конкретном случае с учетом достоинств и недостатков каждого способа коррекции и целей коррекции. В сложных случаях может потребоваться комбинированная коррекция с применением многих корректирующих элементов.

Наиболее распространен способ синтеза корректирующих звеньев с помощью логарифмических частотных характеристик. В случае применения этого способа на основе требований к качеству системы автоматического управления строится желаемая логарифмическая характеристика системы. С этой характеристикой сравнивается фактическая логарифмическая характеристика и в результате такого сравнения устанавливаются требования к корректирующему звену, выраженные в виде его логарифмических характеристик. По этим характеристикам подбирается физическая реализация корректирующего звена.