Контрольная работа: Розробка одноконтурної автоматичної системи регулювання (АСР)
.
Звичайно в достатньо широкому й істотному для якості системи діапазоні частот справедливо нерівність:
. (1)
Тоді для цього діапазону частот справедливо:
. (2)
Таким чином, при задоволенні нерівності (1) властивості ділянки ланцюга з паралельно–зустрічним коригувальним пристроєм визначаються тільки лише властивостями цього коригувального пристрою.
Зазначена обставина є великою перевагою паралельно-зустрічного коригувального пристрою. При задоволенні нерівності (1) властивості ділянки прямого ланцюга, охопленого паралельно-зустрічним коригувальним пристроєм, і їхні зміни в процесі дії системи не впливають на властивості системи. Несуттєві нелінійності цієї ділянки і зміни його параметрів (коефіцієнтів передатної функції ) не позначаються на динамічних властивостях системи. Це справедливо тільки при незмінних параметрах самого паралельно-зустрічного пристрою.
Достоїнства даного коригувального пристрою також у тім, що його вхід підключений до виходу виконавчого елемента чи підсилювача потужності, тобто до виходу потужного елемента з високим рівнем сигналу. Тому в якості паралельно-зустрічних коригувальних пристроїв можуть бути використані навіть досить потужні елементи.
Варто помітити, що вплив місцевих зворотних зв'язків, що реалізують паралельно-зустрічні коригувальні пристрої, дуже різноманітно. Коригувальні зворотні зв'язки поділяються на жорсткі і гнучкі. Жорсткий зворотний зв'язок діє на систему як у перехідному, так і в сталому режимі, тобто , і реалізується він безінерційною або інерційною ланкою. Гнучкий зворотний зв'язок діє лише в перехідних режимах. Реалізується він ланкою що диференціює, з передатною функцією
,
або ланкою, що інерційно-диференціює
.
Паралельний коригувальний пристрій – це третій варіант включення пристрою в АСР (рис. 3).
Рис. 3. Паралельне підключення коригувального пристрою.
Включений у такий спосіб коригувальний пристрій будемо називати прямим паралельним і його передатну функцію будемо позначати .
Іноді прямий паралельний коригувальний пристрій виявляється дуже зручним, тому що при меншій складності забезпечує потрібне перетворення сигналу керування.
Синтезують коригувальні пристрої на підставі деякого комплексу вимог до властивостей системи. Спочатку визначають необхідне значення передатної функції послідовного коригувального пристрою. Потім з'ясовують, при яких значеннях передаточних функцій паралельно-зустрічного коригувального пристрою і прямого паралельного коригувального пристрою буде отриманий той же ефект. Після чого вже можна вирішувати, якій коригувальний пристрій доцільніше створювати.
Складемо формули для такого розрахунку.
По кожній зі структурних схем (рис. 1,2,3) складемо передаточні функції розімкнутого ланцюга і дорівняємо ці вираження один одному. Одержуємо
, (3)
де .
З (3) визначають формули переходу від одного виду коригувального пристрою до іншого.
Якщо значення передатної функції виявляється негативним, то паралельно-зустрічний коригувальний пристрій повинний включатися у виді позитивного зворотного зв'язку. При негативному значенні передатної функції вихідний сигнал прямого паралельного коригувального пристрою повинний відніматися з вихідного сигналу ділянки .
В даний час коригувальні пристрої є основним способом підвищення якості лінійних безупинних систем регулювання по відхиленню. Іноді в системі одночасно використовують два коригувальних пристрої: послідовний і паралельно-зустрічний, або паралельно-зустрічний і прямий паралельний. Таким чином, функції, що повинен виконувати коригувальний пристрій, розподіляються між двома коригувальними пристроями. Ці пристрої можуть бути виконані з більш простих елементів.
Розглянемо один з прикладів практичного застосування коригувального пристрою.
Виконавчий механізм (ВМ) – є невід’ємною частиною АСР. Він перетворює енергію керування, що надходить від регулятора, у механічну енергію переміщення регулюючого органа. При цьому, динамічні властивості АСР в значній мірі залежать від динаміки ВМ. Якщо ВМ має суттєву інерційність, це може викликати появу перерегулювання в роботі АСР. У момент часу, коли сигнал завдання на вході регулятора дорівнює сигналу зворотного зв’язку, регулятор мусить відключатися. Однак ВМ не може раптово зупинитися і продовжує рух. На вхід технологічного об’єкту керування (ТОК) поступає сигнал, який визначається лише неідеальністю ВМ, тому є “паразитним”. Це призводить до того, що на виході ТОК змінюється сигнал. Для знищення цього сигналу необхідно включення АСР в роботу. Подолати це явище можна за допомогою паралельно-зустрічного коригувального пристрою, якій здійснює допоміжній зворотній зв’язок за положенням штока чи вихідного валу ВМ. Такі зв’язки дозволяють зменшити інерційний вибіг ВМ, що покращує роботу системи в цілому [8]. На рис. 4 представлена структурна схема АСР при охоплені ВМ зворотнім зв’язком.