Теория автоматического управления

15.1.4 Включение звена со сложной передаточной функцией

Введем в исходную систему дополнительное звено со сложной передаточной функцией:

,

где T_1д = T_2д = 0.01, T_3д = 0.1,T_4д = 0.001.

Частотные характеристики такой САУ приведены пунктирной линией на рис.113. В замкнутом состоянии САУ устойчива. Устойчивость достигается смещением вниз среднечастотной части ЛАЧХ, поэтому данный прием называется демпфированием с подавлением средних частот. Он свободен от недостатков двух предыдущих приемов и его применяют наиболее часто. Но он требует большей тщательности при подборе параметров и структуры корректирующего звена.

15.2 Последовательная коррекция по задающему воздействию

Астатизма, то есть отсутствия статической ошибки, статической САУ можно достичь не только включением интегрирующего звена. Рассмотрим несколько иных путей.

Последовательной коррекцией по задающему воздействию называется включение в цепь задающего воздействия до замкнутого контура корректирующего звена со специально подобранной передаточной функцией W_к (рис.114). Передаточная функция замкнутой САУ в этом случае находится из выражения:

W_экв(p) = .

В установившемся режиме:

K_экв(p) = .

Если принять

K_k(p) = ,

то в итоге получаем K_экв(p) = 1, то есть y_уст(p) = K_экв(p)y_o(p) = y_o(p), то есть статическая ошибка равна нулю. САУ, оставаясь статической, ведет себя как астатическая. При этом, так как корректирующее звено вынесено за пределы замкнутого контура, условия устойчивости и быстродействие не ухудшаются. Корректирующее звено может быть обычным пропорциональным звеном.

Недостаток этого способа в том, что астатизм обеспечивается только при строго определенных K_k(p). Любые неточности, особенности из-за изменения параметров в процессе эксплуатации САУ, ведут к появлению статической ошибки, в то время как, астатизм, достигнутый введением интегрирующих звеньев, сохраняется и при изменении параметров САУ.

15.3 Коррекция с использованием неединичной обратной связи

Астатизм САУ относительно задающего воздействия можно обеспечить также использованием неединичной обратной связи, когда корректирующее устройство включается в цепь главной обратной связи (рис.115). При этом

W_экв(p) = .

В установившемся режиме:

y = y_o(p).

Если принять K_k(p) = , то получим

y = = y_o(p),

то есть K_экв(p) = 1. Преимущества и недостатки данного способа

коррекции те же, что и в предыдущем случае.

15.4 Компенсация возмущающего воздействия

Если возмущающее воздействие доступно измерению, то точность управления можно существенно повысить включив в САУ цепь компенсации возмущающего воздействия (рис.116), обеспечив тем самым комбинированное регулирование. Компенсирующую цепь обычно включают между входным и выходным каскадами усилителя. Составим передаточную функцию относительно возмущающего воздействия:

где W = W₁W₂W₃W₄ - передаточная функция прямой цепи. Если W₂W₃W₅W₆ = 1, то W_fy(p) = 0, то есть любое возмущение f не будет оказывать никакого влияния на выходную величину y. В этом случае говорят, что регулируемая величина инвариантна (независима) относительно возмущения f. САУ, в которых выходная величина не зависит от возмущений, называется инвариантной.

Абсолютно инвариантной САУ называется САУ, в которой W_fy(p) тождественно равна нулю (как в установившемся, так и в переходном режимах). Это обеспечить очень сложно, поэтому обычно ограничиваются упрощенным исполнением регулятора по возмущению, что обеспечивает частичное выполнение принципа инвариантности. При этом достигается условие

= Kfy<<1,

то есть Kfy0 и влияние возмущения f на управляемую величину очень мало. В этом случае говорят, что достигается инвариантность с точностью до малой величины e.

Этот вид регулирования имеет большие достоинства, так как в результате уменьшения влияния возмущения снижаются требования к замкнутому контуру регулирования. Это позволяет уменьшить передаточный коэффициент разомкнутой САУ, а следовательно повысить запас устойчивости замкнутой САУ. Сама компенсирующая цепь не влияет на устойчивость замкнутого контура, но она в свою очередь сама должна быть устойчивой.