double arrow

V.1. Введение

Глава V. Синтез САР

Под задачей синтеза САР будем понимать задачу нахождения системы регулирования по заданным переходным процессам или их основным показателям. Трудности решения задач синтеза происходят от разных причин. Прежде всего решение задачи синтеза не является однозначным, так как одни и те же требования, предъявляемые к САР, можно удовлетворить различными путями.

К виду переходного процесса могут предъявляться различные требования; эти требования иногда противоречат друг другу, поэтому при выборе структуры и параметров проектируемой системы возникает необходимость компромиссного решения задачи, что усложняет решение вопросов синтеза. Может оказаться, что расчетная схема технически неосуществима.

В силу указанных причин задача синтеза систем автоматики часто ставится ограниченно, что облегчает ее решение.

Обычно считается, что определенная часть проектируемой системы, включая объект регулирования, задана, что на практике, как правило, и имеет место. Применительно к заданной неизменяемой части САР требуется выбрать общую структурную схему и значения параметров дополнительной части системы. Естественно, что эта дополнительная часть должна быть технически осуществима.

Нередко задача синтеза суживается еще больше; так, например, при заданной основной схеме регулирования (так называемой «исходной САР») дополнительная часть схемы вследствие ее простой технической осуществимости обычно должна состоять из каких либо стандартных дополнительных корректирующих элементов, например, в электрических системах – из пассивных четырехполюсников. Поэтому в таких частных случаях, как правило, ограничиваются лишь определением вида и параметров дополнительной корректирующей части схемы, которая в сочетании с исходной схемой обеспечивала бы требуемые динамические характеристики скорректированной («желаемой») системы в целом.

Резюмируя сказанное, поставим задачу синтеза системы следующим образом.

Дана исходная САР, включающая объект регулирования и дополнительные устройства, обеспечивающее процесс регулирования (датчики, усилители, сумматоры, исполнительные устройства и т.п.). Заданы также технические требования к САР, из которых выделим наиболее важные для нас требования к качеству процесса регулирования. Как правило, исходная САР либо не отвечает поставленным к системе требованиям, либо вообще неустойчива. Требуется так синтезировать корректирующее устройство, чтобы в совокупности с «исходной САР», получившаяся САР («желаемая САР») была бы устойчива и отвечала заданным требованиям к САР, т.е.

исходная САР + корректирующее устройство = желаемая САР.

Существует несколько инженерных расчетных методов синтеза систем автоматики, если понимать эту задачу ограниченно, как указано выше. Наиболее удобен и часто употребляется при инженерных расчетах метод логарифмических частотных характеристик проф. В.В. Солодовникова.

Задача синтеза возникает при проектировании системы автоматического регулирования. Она заключается в таком выборе структурной схемы и технических средств ее реализации, при котором обеспечиваются требуемые динамические и эксплуатационные свойства всей системы в целом.

Синтез – лишь первый этап проектирования и создания системы.

В зависимости от вида исходных данных, принимаемых при проектировании системы, к задачам синтеза можно подходить с различных точек зрения. Если имеется возможность достаточно полной свободы выбора структуры и параметров в пределах физической реализуемости и с учетом наложенных ограничений, то решается задача синтеза оптимальной системы регулирования.

Оптимальность – наилучшие свойства системы в смысле некоторого критерия оптимальности (например, наилучшее быстродействие).

Задачи синтеза систем регулирования можно разбить на две группы. В задачах первой группы задается только объект управления и требуется определить закон функционирования регулятора в целом. При этом, обычно, предполагается, что полученные при расчетах свойства регулятора могут быть технически реализованы с необходимой точностью. Задачи подобного типа возникают при синтезе систем регулирования промышленных непрерывно функционирующих объектов (химических реакторов, электростанций и пр.).

В задачах второй группы в понятие синтеза вкладывается более узкий смысл. При этом рассматриваются задачи выбора и расчета параметров специальных корректирующих устройств, обеспечивающих заданные статические и динамические характеристики системы. При этом предполагается, что основные функциональные элементы системы (исполнительные, измерительные устройства) уже выбраны в соответствии с техническим заданием и вместе с объектом регулирования представляют собой неизменяемую часть системы. Подобная задача возникает чаще всего при проектировании различного рода следящих систем.

Разработано большое число в основном приближенных методов синтеза корректирующих устройств. Наибольшее распространение получили графоаналитические методы синтеза, основанные на построении инверсных и логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы. При этом, используются косвенные оценки качества переходного процесса: запас по модулю, запас по фазе, частота среза, колебательность – которые можно непосредственно определить по частотным характеристикам.

К другой группе относятся аналитические методы синтеза. Для них находится выражение, аналитически связывающее качества с параметрами корректирующего устройства, и определяются значения параметров, соответствующих экстремальному значению функции. К этим методам относится синтез по интегральным критериям качества переходного процесса, а также по критерию среднеквадратичной ошибки.

Задача синтеза противоположна задаче анализа. Если при анализе структура и параметры заданы, а ищут поведение системы в заданных условиях, то в данной задаче задание и цель меняются местами.

Существуют методы синтеза, при которых задается кривая переходного процесса. Но реализация систем с переходным процессом, заданным чрезмерно жестко, как правило, оказывается довольно трудной: система получается неоправданно сложной и зачастую нереализуемой. Поэтому большее распространение получил метод задания более грубых качественных оценок (таких, как перерегулирование, время регулирования, колебательность), при которых сохраняется большая свобода в выборе детальной формы кривой переходного процесса.

Динамические характеристики объектов обычно могут быть аппроксимированы некоторыми типовыми зависимостями. Это позволяет все возможное разнообразие требуемых законов свести к нескольким типовым законам регулирования, которые используются на практике. Следовательно, задача синтеза системы регулирования сводится к выбору подходящего регулятора с типовым законом регулирования и определению оптимальных значений параметров настройки выбранного регулятора.

Переходный процесс — в теории систем представляет реакцию динамической системы на приложенное к ней внешнее воздействие с момента приложения этого воздействия до некоторого установившегося значения во временной области. Изучение переходных процессов — важный шаг в процессе анализа динамических свойств и качества рассматриваемой системы. Примерами внешнего воздействия могут быть дельта-импульс, скачок или синусоида.

Важнейшие характеристики переходных процессов переходной функции (реакции системы на единичное возмущение):


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: