Исследование одномерной экстремальной САУ

Цель работы: получение практических навыков настройки экстремального регулятора.

Экстремальные системы целесообразно применять в следующих случаях:

1) если существует показатель качества, с изменением которого про­исходит достаточно ощутимое изменение технико-экономической эф­фективности;

2) когда выгоды от увеличения технико-экономической эффектив­ности существенно компенсируют затраты, обусловленные примене­нием принципа экстремального управления;

3) если существуют возможности определения экстремума функ­ционала качества и воздействия на регулирующие органы объекта с целью получения экстремального режима его работы.

Экстремальное управление применяют также в сложных системах комплексной автоматизации. При этом ставится задача определения оптимальных настроек локальных регуляторов автоматических си­стем из условия экстремума некоторого показателя качества в стати­ческих или установившихся режимах при различных возмущениях, нарушающих экстремальный режим. На рис.7 представлена система с запоминанием экстремума.

Управляющее воздействие на линейную часть объекта (ЛЧО) системы формируется в результате вы­явления разности между текущим значением показателя качества и его экстремальным значением. В качестве регулятора (Р) чаще всего используется сервопривод. Для определения экстремального значения показателя качества используют запоминающее устройство (ЗУ), включаемое параллельно каналу, через который проходит сигнал текущего значения показателя качества.

Функциональная схема одномерной релейной

экстремальной САУ

Рис.7

ЗУ реагирует только на увеличение сигнала Q(при максимуме). До тех пор, пока максимум не достигнут, сигналы, поступающие на элемент сравнения, равны и их разность равна нулю. После достижения экстремального значения Q_max показатель качества при дальнейшем увеличении сигнала X на входе экстремального звена будет уменьшаться. В результате этого появится сигнал на входе логического устройства (ЛУ), формирующий сигнал управления U = h₀ sign (Q — Q_max) и воздей­ствующий на систему так, чтобы происходило уменьшение сигнала X и возрастание показателя качества Q. После срабатывания ЛУсигнал поступает на стирание Q_max в ЗУ. Далее процесс поиска экстремума повторяется. Система с запоминанием экстремума является релейной, поэтому протекающие в ней процессы будут иметь колебательный харак­тер. Амплитуда колебаний показателя качества определяется величи­ной зоны нечувствитель­ности релейного элемента, формирующего сигнал уп­равления в функции раз­ности Q — Q_max.

Достоинством систем с запоминанием экстремума является сравнительно не­большая амплитуда коле­баний параметров в про­цессе поиска. К недостат­кам этих систем относится необходимость применения стабилизирующих устройств, входящих в ЛУ. Объясняется это тем, что при влиянии помех, например, смещающих экстремальную харак­теристику вверх, сигнал на входе ЛУ будет равен нулю, и изменения знака управляющего сигнала не произойдет. В результате этого прин­цип работы системы нарушается. Для обеспечения устойчивости ра­боты системы используют специальные способы стабилизации. С целью улучшения процессов в экстремальных системах данного типа на вход ЗУ можно подавать кроме сигнала Q его производные и предусматри­вать соответствующие устройства связи выхода ЛУ с ЗУ. Системы с за­поминанием экстремума наиболее целесообразны для малоинерционных объектов, имеющих высокочастотные помехи.

  Задание на лабораторную работу:  

1. Применяя пакет прикладных программ SyAn построить модель экстремальной системы, представленной на рис.7. ЛЧО принять в виде апериодического звена 1-го порядка с коэффициентом усиления 1и постоянной времени Т_о. Экстремальная статическая характеристика имеет вид: Q_* = - КX_*². Регулятор представляет собой идеальный интегратор 1/(Т_и p). ЛУ взять в виде трехпозиционного реле с зоной нечувствительности (амплитуда 1, а скважность e изменяется от 0 до 1).

2. Исследовать влияние на показатели качества САУ величины Т_и, Т_о и e.

3. С целью улучшения качества работы экстремальной системы применить динамический преобразователь (ДП) в виде реального дифференцирующего звена.

4. Провести настройку и исследование качества с быстродействующим экстремальным регулятором.