Нелинейные и псевдолинейные корректирующие устройства

Нелинейные корректирующие устройства (НКУ) широко исполь­зуются в системах автоматического управления. Простейшим нелиней­ным цифровым корректирующим звеном является звено типа "насы­щение", используемое для ограничения одной из координат системы. Нелинейные корректирующие устройства могут быть последователь­ными или параллельными, а также могут быть установлены в цепях обратной связи. Правильный выбор типа и параметров нелинейных

корректирующих устройств позволяет синтезировать оптимальные законы управления, обеспечивающие высокую точность и качество работы системы, улучшать переходные процессы и придавать системе инвариантные свойства. Нелинейные корректирующие устройства по­зволяют в нестационарных системах (системах с изменяющимися со временем коэффициентами) получать практически постоянные запа­сы устойчивости и показатели качества вне зависимости от изменения параметров объекта. Нелинейные звенья, имеющие характеристику, об­ратную регулировочной характеристике тиристорного преобразователя в зоне прерывистых токов, обеспечивают постоянство общего коэффици­ента передачи в режимах непрерывного и прерывистого токов.

Реализация корректирующих устройств осуществляется на ана­логовых нелинейных элементах или в виде управляющих программ (цифровые корректирующие устройства). В первом случае нелиней­ные корректирующие устройства подразделяются на три группы:

- нелинейные четырехполюсники, включаемые в прямой канал
или в обратные связи;

- нелинейные управляющие устройства, позволяющие реализо­вать нелинейные законы управления;

- нелинейные устройства, использующие элементы неизменяе­мой части системы.

Псевдолинейными корректирующими уст­ройствами (ПЛКУ).

Кусочно-линейные корректирующие устройства (КЛКУ) позволяет значительно улучшить качество переходных процессов в системе.

В отличие от линейных корректирующих устройств нелинейные и псевдолинейные корректирующие устройства позволяют формиро­вать амплитудные и фазовые частотные характеристики практически независимо друг от друга, так как большинство из них имеет два неза­висимых канала - амплитудный и фазовый. НКУ и ПЛКУ позволяют реализовать оптимальные и квазиоптимальные законы управления, компенсировать вредное влияние некоторых сопутствующих нелиней­ностей. В качестве примера рассмотрим структурную схему релейной следящей системы с НКУ, рис. 23.10.

На рисунке:

БМ - блок выделения модуля; БУ - блок умножения; Р1, Р2 - реле;

W_K(p) - передаточная функция фазоопережающего звена;

W₁(p) - фильтр основного канала;

W₂(p) - передаточная функция линейной части системы.

Амплитудный канал содержит фильтр и блок взятия модуля БМ. В фазовом канале включены фазоопережающие звенья и блок сигна­туры. Выходные координаты обоих каналов перемножаются в блоке умножения БУ.

Одним из важнейших вопросов проектирования релейных сле­дящих систем является обеспечение режима устойчивого равнове­сия при известных параметрах линейной части и релейного элемен­та. В схеме (рис. 23.10) канал из блока выделения модуля БМ и реле Р2 формирует в основном амплитуду выходного напряжения блока умножения, а канал из фазоопережающего звена и реле Р1 форми­рует фазу выходного напряжения. Реле реверса Р1 управляет поляр­ностью нереверсивного реле Р2 основного канала в блоке умноже­ния. Функции БУ состоят в умножении сигнала основного канала на +1, 0 или -1 в зависимости от состояния реле Р1. Включение в канал реверса дифференцирующей цепочки привело к тому что реле Р1 срабатывает раньше, чем отпускает реле Р2, в результате чего обеспечивается срыв автоколебаний при заданных согласованных параметрах системы.

Форсирующие нелинейные корректирующие устройства. Одной из разновидностей нелинейных динамических корректирующих уст­ройств являются НКУ форсирующего типа. Для динамических НКУ характерным является то, что их действие проявляется только во вре­мя протекания переходных процессов в системе. Структурная схема такого НКУ представлена на рис. 23.11.

На схеме:

НКУФ - нелинейное корректирующее форсирующее устройство,

ДК1, ДК2 - дифференцирующие контуры,

L - логическое устройство,

W₁ (p) - передаточная функция апериодического звена системы.

Сигналы U^?_bx и U_Bыx со входа и выхода одного из инерционных звеньев системы через дифференцирующие контуры, имеющие пере­даточные функции типа W_д(p) = (1 + Т_др)/Т_д, подаются на логическое устройство. На выходе дифференцирующих контуров постоянная со­ставляющая входных сигналов будет отсутствовать, а переменные со­ставляющие сигналов будут иметь незначительный сдвиг в сторону опережения относительно входных сигналов. Логическое устройство анализирует знаки поступающих сигналов. В тех случаях, когда знаки сигналов не совпадают, логическое устройство формирует импульс­ный сигнал, который при помощи ключевой схемы НКУФ включает на вход инерционного звена дополнительный форсирующий сигнал U_ф. Принцип работы НКУФ иллюстрируется на рис. 23.12.

Действие форсирующего сигна­ла U_ф заключается в том, что он уско­ряет изменение выходного сигнала U_вых в тех интервалах, в которых он отстает от входного сигнала. Основ­ным назначением форсирующих НКУ является решение таких задач, когда необходимо "подтолкнуть" систему, например, при наличии в системе большого момента сухого трения.