Objasnenie konštrukčného diagramu riadiaceho systému pre výber a výpočet jeho prvkov a parametrov. Experimentálne štúdium systému alebo jeho jednotlivých častí v laboratórnych podmienkach a vykonanie príslušných korekcií jeho obvodu a návrhu. Návrh a výroba riadiaceho systému. Nastavenie systému v reálnych podmienkach pracovná skúšobná prevádzka.

Zdieľajte svoju prácu na sociálnych sieťach

Ak vám táto práca nevyhovuje, v spodnej časti stránky je zoznam podobných prác. Môžete tiež použiť tlačidlo vyhľadávania

Prednáška č.6 Syntéza automatických riadiacich systémov

SYNTÉZA ACS výber štruktúry a parametrov ACS, počiatočných podmienok a vstupných vplyvov v súlade s požadovanými ukazovateľmi kvality a prevádzkovými podmienkami.

Návrh ACS zahŕňa vykonanie nasledujúcich krokov:

1. Štúdia predmetu regulácie: kompilácia matematický model, stanovenie parametrov, charakteristík a prevádzkových podmienok objektu.
2. Formulácia požiadaviek na ATS.
3. Výber princípu ovládania; stanovenie funkčnej štruktúry (technická syntéza).
4. Výber prvkov riadiacej schémy s prihliadnutím na statické, dynamické, energetické, prevádzkové a iné požiadavky a ich vzájomná koordinácia podľa statických a energetických charakteristík (postup nie je formalizovaný - inžinierska kreativita).
5. Definícia algoritmickej štruktúry ( teoretická syntéza) sa vyrába pomocou matematických metód a na základe požiadaviek zapísaných v prehľadnej matematickej forme. Stanovenie zákonitostí kontroly a výpočet nápravných zariadení, ktoré poskytujú špecifikované požiadavky.
6. Objasnenie konštrukčného diagramu riadiaceho systému, výber a výpočet jeho prvkov a parametrov.
7. Experimentálne štúdium systému (alebo jeho jednotlivých častí) v laboratórnych podmienkach a vykonanie príslušných korekcií jeho obvodu a návrhu.
8. Návrh a výroba riadiaceho systému.
9. Nastavenie systému v reálnych prevádzkových podmienkach (skúšobná prevádzka).

Návrh ACS začína výberom riadiaceho objektu a hlavných funkčných prvkov (zosilňovače, akčné členy atď.), To znamená, že je vyvinutá výkonová časť systému.

Stanovené statické a dynamické charakteristiky systému sú zabezpečené vhodnou voľbou konštrukcie a parametrov pohonnej jednotky, špeciálnych korekčných zariadení a celého ACS ako celku.

Účel korekčných zariadení: zabezpečiť požadovanú presnosť prevádzky systému a získať prijateľnú povahu prechodného procesu.

Korekčné väzby sa do systému zavádzajú rôznymi spôsobmi: sekvenčne, lokálne OOS, priame paralelné pripojenie, externé (mimo regulačnej slučky) kompenzačné zariadenia, pokrytie celého ACS stabilizačného OOS, nejednotková hlavná spätná väzba.

Typy jednosmerných elektrických korekčných zariadení: aktívne a pasívne jednosmerné štvorpóly, diferenciačné transformátory, jednosmerné tachogenerátory, tachometrové mostíky atď.

Podľa účelu korekčné zariadenia sú klasifikované:

1. STABILIZÁCIA zabezpečuje stabilitu samohybných zbraní a zlepšuje ich statické a dynamické vlastnosti;
2. KOMPENZÁCIA znižuje statické a dynamické chyby pri konštrukcii samohybných zbraní pomocou kombinovaného princípu;
3. FILTERING zvýšenie odolnosti systémov proti šumu, napríklad filtrovanie vyšších harmonických pri demodulácii signálu priamy kanál;
4. ŠPECIALIZOVANÉ dať systému špeciálne vlastnosti, ktoré zlepšujú kvalitu systému.

ACS je možné postaviť podľa nasledujúcich konštrukčných schém:

1. So sériovým korekčným obvodom.

Zosilňovač U musí mať vysokú vstupnú impedanciu, aby neobchádzal výstup korekčného obvodu.

Používa sa v prípade pomaly sa meniacich vstupných vplyvov, keďže pri veľkých nesúladoch nastáva saturácia v reálnych nelineárnych prvkoch, medzná frekvencia ide doľava a systém pomaly opúšťa stav saturácie.

Obr.1.

Sekvenčná korekcia sa často používa v stabilizačných systémoch alebo na korekciu obrysu s korektúrou spätná väzba.

Znižuje sa.

1. S antiparalelným korekčným obvodom.

Obr.2.

Do vstupu vstupuje ako rozdiel a nedochádza k hlbokej saturácii.

1. So sériovo-paralelným korekčným obvodom.

Obr.3.

1. S kombinovanými korekčnými reťazami.

Syntéza ACS podriadeného riadenia s dvoma alebo viacerými obvodmi sa vykonáva sekvenčnou optimalizáciou obvodov, počnúc vnútorným.

Výpočet systémov je rozdelený do 2 etáp: statické a dynamické.

Statický výpočetspočíva vo výbere hlavných prepojení systému zahrnutých v jeho hlavnom okruhu, zostavení jeho blokovej schémy a určení parametrov hlavných prvkov systému (faktory zisku, ktoré zabezpečujú požadovanú presnosť, časové konštanty všetkých prvkov, prevodový stupeň prevodové pomery, prenosové funkcie jednotlivých článkov, výkon motora). Okrem toho to zahŕňa výpočet a návrh magnetických a polovodičových zosilňovačov a výber tranzistorových alebo tyristorových meničov, motorov, citlivých prvkov a iných pomocných zariadení systémov, ako aj výpočet presnosti v ustálenom stave a citlivosti systému.

Dynamický výpočetzahŕňa veľký súbor problémov súvisiacich so stabilitou a kvalitou prechodného procesu (rýchlosť, výkonové charakteristiky a dynamická presnosť systému). Počas procesu výpočtu sa vyberajú korekčné obvody, miesta, kde sú pripojené, a určujú sa ich parametre. Vypočítava sa aj prechodová krivka alebo sa modeluje systém, aby sa objasnili získané ukazovatele kvality a zohľadnili sa niektoré nelinearity.

Platformy, na ktorých sú postavené stabilizačné algoritmy:

1. Klasické (diferenciálne rovnice - časové a frekvenčné metódy);
2. Fuzzy logika;
3. Neurálne siete;
4. Genetické a mravčie algoritmy.

Metódy syntézy regulátorov:

1. Klasická schéma;
2. PID regulátory;
3. Spôsob umiestnenia pólov;
4. metóda LCH;
5. Kombinované ovládanie;
6. Veľa stabilizačných regulátorov.

Klasická syntéza regulátora

Klasická bloková schéma riadenia objektu je znázornená na obr. 1. Zvyčajne sa regulátor zapína pred objektom.

Ryža. 1. Klasická bloková schéma riadenia objektov

Úlohou riadiaceho systému je potlačiť pôsobenie vonkajších porúch a zabezpečiť kvalitné prechodné procesy. Tieto ciele sú často protichodné. V skutočnosti potrebujeme stabilizovať systém tak, aby mal požadované prenosové funkcie pre hlavnú akciu a poruchový kanál:

, .

Na to môžeme použiť iba jeden ovládač, preto sa takýto systém nazýva systém s jedným stupňom voľnosti.

Tieto dve prenosové funkcie sú spojené rovnosťou

Preto zmenou jednej z prenosových funkcií automaticky zmeníme aj druhú. Nedajú sa teda vytvárať samostatne a riešením bude vždy nejaký kompromis.

Pozrime sa, či takýto systém dokáže poskytnúť nulovú chybu, teda absolútne presné sledovanie vstupného signálu. Prenosová funkcia chybou sa rovná

Urobiť chybu Vždy bola nula, vyžaduje sa, aby sa táto prenosová funkcia rovnala nule. Keďže jeho čitateľ nie je nula, hneď vidíme, že menovateľ musí ísť do nekonečna. Môžeme ovplyvniť iba regulátor, takže dostaneme. tedana zníženie chyby, ktorú potrebujete

zvýšiť zisk regulátora.

Zisk však nemožno zvyšovať donekonečna. Po prvé, všetky skutočné zariadenia majú maximálne prípustné hodnoty pre vstupné a výstupné signály. Po druhé, s veľkým zosilnením obvodu sa kvalita prechodných procesov zhoršuje, zvyšuje sa vplyv porúch a hluku a systém môže stratiť stabilitu. Preto v obvode s jedným stupňom voľnosti nie je možné zabezpečiť nulovú chybu sledovania.

Pozrime sa na problém z uhla pohľadu frekvenčné charakteristiky. Na jednej strane je pre kvalitné sledovanie hlavného signálu žiaduce, aby frekvenčná odozva bola približne rovná 1 (v tomto prípade). Na druhej strane z hľadiska robustnej stability je potrebné zabezpečiť pri vysokých frekvenciách, kde je chyba modelovania veľká. Navyše, prenosová funkcia pre poruchy by mala byť taká, aby tieto poruchy boli potlačené, čo by sme mali v ideálnom prípade zabezpečiť.

Pri výbere kompromisného riešenia zvyčajne robíte nasledovné:

● pri nízkej frekvencií, podmienka je splnená, čo zabezpečuje dobré sledovanie nízkofrekvenčných signálov; v tomto prípade sú potlačené nízkofrekvenčné poruchy;

● pri vysokej frekvencie sa hľadajú na zabezpečenie robustnej stability a potlačenia šumu merania; v tomto prípade, to znamená, že systém skutočne funguje ako otvorený okruh, regulátor nereaguje na vysokofrekvenčné rušenie.

Výpočet lineárnych spojitých automatických riadiacich systémov pre danú presnosť

V ustálenom stave

Jednou z hlavných požiadaviek, ktoré musí ACS spĺňať, je zabezpečiť potrebnú presnosť reprodukcie hlavného (riadiaceho) signálu v ustálenom stave.

Poradie astatizmu a koeficient prenosu systému sa zistí na základe požiadaviek na presnosť v ustálenom stave.Ak sa koeficient prenosu systému, určený požadovanou hodnotou statizmu a faktora kvality (v prípade astatického systému automatického riadenia), ukáže byť taký veľký, že výrazne komplikuje aj jednoduchú stabilizáciu systému, je vhodné zvýšiť rád astatizmu a tým znížiť danú chybu ustáleného stavu na nulu, bez ohľadu na hodnotu koeficientu prenosu systému . V dôsledku toho je možné zvoliť hodnotu tohto koeficientu len na základe úvah o stabilite a kvalite prechodných procesov.

Nech je štrukturálny diagram ACS zredukovaný na formu

Potom v kvázi ustálenom prevádzkovom režime automatického riadiaceho systému môže byť nesúlad reprezentovaný vo forme konvergentného radu

kde pôsobia ako hmotnostné konštanty.

Je zrejmé, že takýto proces sa môže uskutočniť iba vtedy, ak sa funkcia pomaly mení a je pomerne hladká.

Ak si predstavíme prenosovú funkciu systému s otvorenou slučkou vo forme

potom pri r = 0

pri r = 1

pri r = 2

pri r = 3

Nízkofrekvenčná časť logaritmickej amplitúdovej frekvenčnej charakteristiky určuje presnosť systému pri spracovaní pomaly sa meniacich riadiacich signálov v ustálenom stave a je určená chybovosťou. Chybovosť už nemá významný vplyv na presnosť ACS a pri praktických výpočtoch ich možno ignorovať.

1. Výpočet ustáleného prevádzkového režimu ACS na základe špecifikovaných koeficientov nesúladu (chyby)

Presnosť sústavy v ustálenom stave je určená hodnotou koeficientu prenosu sústavy s otvorenou slučkou, ktorá sa určuje v závislosti od formy špecifikácie požiadaviek na presnosť sústavy.

Výpočet sa vykonáva nasledovne.

1. STATICKÁ SAR. Tu nastavíte hodnotu koeficientu polohovej chyby, ktorá sa používa na určenie: .

dB

20 lgk ks

ω, s-1

1. ASTATICKÉ SYSTÉMY 1. rádu.

V tomto prípade je určený koeficient, ktorým sa určuje

Ak sú uvedené koeficienty a, potom, čo určuje polohu nízkofrekvenčnej asymptoty LFC systému s otvorenou slučkou so strmosťou -20 dB/dec, a druhá asymptota má strmosť -40 dB/ dec pri väzbovej frekvencii (obr. 1).

Obr.1.

1. ASTATICKÉ SYSTÉMY 2. rádu.

Pomocou daného koeficientu určíme kpc:

dB

ω, s-1

2. Výpočet ustáleného prevádzkového režimu ACS na základe špecifikovanej maximálnej hodnoty nesúladu (chyby) systému

Na základe prípustnej hodnoty ustálenej chyby a typu regulačnej akcie sa vyberú parametre nízkofrekvenčnej časti LFC systému.

1. Nech je uvedená prípustná maximálna chyba pri harmonickom ovplyvnení s amplitúdou a frekvenciou a poradie astatizmu systému.

Potom nízkofrekvenčná asymptota LFC systému nesmie prejsť nižšie ako kontrolný bod so súradnicami:

(1)

a majú sklon -20 r dB/dec. Závislosť (1) je platná, keď.

1. Nech je uvedená prípustná maximálna chyba pri maximálnej rýchlosti a maximálne zrýchlenie vstupného vplyvu a poradie astatizmu r systémy.

Často je vhodné použiť metódu ekvivalentného sínusového pôsobenia navrhnutú Ya.E. Gukaylo.

V tomto prípade sa určí režim, v ktorom sa amplitúdy rýchlosti a zrýchlenia rovnajú maximálnym špecifikovaným hodnotám. Nech sa vstupný vplyv zmení v súlade s daným zákonom

. (2)

Prirovnaním hodnôt amplitúdy rýchlosti a zrýchlenia získaných diferenciáciou výrazu (2) k daným hodnotám dostaneme

kde, . Pomocou týchto hodnôt môžete vytvoriť ovládací prvok

bod B so súradnicami a

S jedinou negatívnou spätnou väzbou,

S nejednotkovou spätnou väzbou.

Ak je rýchlosť vstupného signálu maximálna a zrýchlenie klesá, potom sa testovací bod bude pohybovať v priamom smere so sklonom -20 dB/dec vo frekvenčnom rozsahu. Ak sa zrýchlenie rovná maximálnej hodnote a rýchlosť klesá, potom sa riadiaci bod pohybuje v priamom smere so sklonom -40 dB/dec vo frekvenčnom rozsahu.

Oblasť nachádzajúca sa pod kontrolným bodom B a dve priame čiary so sklonom -20 dB/dec a -40 dB/dec je zakázanou oblasťou pre LFC sledovacieho systému. Pretože presný LFC prechádza pod priesečníkom dvoch asymptot o 3 dB, požadovaná charakteristika at by mala byť zvýšená o túto hodnotu, t.j.

V tomto prípade je požadovaná hodnota činiteľa kvality pre rýchlosť, a frekvencia v bode priesečníka druhej asymptoty s osou frekvencie (obr. 2).

V prípade, že je riadiaca činnosť charakterizovaná iba maximálnou rýchlosťou, faktor kvality systému z hľadiska rýchlosti pri danej chybovej hodnote:

Ak je špecifikované iba maximálne zrýchlenie signálu a veľkosť chyby, potom faktor kvality zrýchlenia je:

Obr.2.

1. Nech je špecifikovaná maximálna statická chyba pozdĺž riadiaceho kanála (vstupná akcia je kroková, systém je statický pozdĺž riadiaceho kanála).

Obr.3.

Potom sa hodnota určí z výrazu. Statická presnosť automatického systému sa dá určiť z rovnice:

kde je statická presnosť systému s uzavretou slučkou,

odchýlka regulovanej veličiny v systéme s otvorenou slučkou,

koeficient prenosu s otvorenou slučkou potrebný na zabezpečenie danej presnosti.

1. Nech je špecifikovaná maximálna povolená statická chyba pozdĺž kanála rušenia (porucha je stupňovitá, systém je statický pozdĺž kanála rušenia, obr. 3).

Potom sa hodnota určí z výrazu:

kde je koeficient prenosu systému s otvorenou slučkou pozdĺž kanála rušenia,

kde chyba systému bez regulátora.

V statických riadiacich systémoch je chyba v ustálenom stave spôsobená konštantným rušením znížená o 1+ v porovnaní so systémom s otvorenou slučkou. Súčasne sa koeficient prenosu systému s uzavretou slučkou tiež zníži 1+ krát.

1. Nech je daná povolená chyba rýchlosti z riadiacej akcie (vstupná akcia sa mení podľa konštantná rýchlosť, astatický systém prvého rádu).

Servosystémy sú zvyčajne navrhnuté ako astatické systémy prvého rádu. Pracujú pod variabilným riadiacim vstupom. Pre takéto systémy v ustálenom stave je najcharakteristickejšia zmena vstupného efektu lineárna.

Potom sa faktor kvality systému z hľadiska rýchlosti určí z výrazu:

Keďže chyba v ustálenom stave je určená nízkofrekvenčnou časťou LFC, z vypočítanej hodnoty koeficientu prenosu možno zostrojiť nízkofrekvenčnú asymptotu požadovaného LFC.

3. Výpočet ustáleného prevádzkového režimu ACS pre danú maximálnu dovolenú chybu systému s nejednotkovou spätnou väzbou

Nech sú a priori informácie o vstupnom signáli minimalizované:

1. Maximálna absolútna hodnota prvej derivácie vstupnej akcie (maximálna rýchlosť sledovania);
2. Maximálna absolútna hodnota druhej derivácie vstupnej akcie (maximálne zrýchlenie sledovania) ;
3. Vstupný vplyv môže byť deterministický resp náhodný signál s akoukoľvek spektrálnou hustotou.

Je potrebné obmedziť maximálnu dovolenú chybu riadiaceho systému pri reprodukcii užitočného signálu v ustálenom prevádzkovom stave hodnotou.

Požiadavka na presnosť reprodukcie je najjednoduchšie formulovaná pre harmonický vstupný efekt ekvivalentný skutočnému vstupnému signálu:

za predpokladu, že amplitúda a frekvencia sú dané a počiatočná fáza má ľubovoľnú hodnotu.

Stanovme súvislosť medzi povolenou chybou pri reprodukcii vstupného efektu a parametrami systému a vstupného signálu.

Blokovú schému kontinuálneho automatického riadiaceho systému necháme zredukovať do podoby (obr. 4).

Obr.4.

Chyba na výstupe systému v časovej oblasti je určená výrazom:

kde je referenčná (bezchybná) výstupná funkcia.

Dá sa ukázať, že kvôli obmedzeniam rýchlosti a zrýchleniavýstupná funkcia sa líši od krokovej funkcie.

Namapujme posledný výraz do priestoru Laplaceových transformácií:

Pozrime sa na priestor Fourierových transformácií:

V oblasti nízke frekvencie(, časové konštanty spätnoväzbového obvodu), potom

maximálna amplitúda chyby je určená výrazom:

V reálnych systémoch pri nízkych frekvenciách je to zvyčajne, pretože požiadavka musí byť splnená; matematický výraz určiťsa prevedie na riadiacej frekvencii () do tvaru

a aby sa výstupná funkcia reprodukovala s maximálnou chybou nie väčšou, ako je špecifikovaná, LFC navrhnutého systému by nemalo prechádzať pod kontrolný bod so súradnicami a

4. Výpočet ustálenej prevádzky statického automatického riadiaceho systému metódou limitných prechodov

Vyhlásenie

Nech je uvedený zovšeobecnený blokový diagram statického ACS:

kde, tu polynómy čitateľov a menovateľov neobsahujú faktor p (ich voľné podmienky sa rovnajú jednej),

prevodný koeficient regulátora,

koeficient prenosu objektu cez riadiaci kanál,

koeficient spätného prenosu,

koeficient prenosu objektu pozdĺž kanála narušenia,

Okrem toho sa v prvej aproximácii predpokladá, že statické a dynamické koeficienty prenosu spojov sú rovnaké, nominálna vstupná akcia zodpovedá nominálnej hodnote výstupnej funkcie pozdĺž riadiaceho kanála a nech je veľkosť skokovej rušivej akcie a špecifikuje sa povolená statická chyba pozdĺž kanála rušenia v % nominálnej hodnoty výstupnej funkcie.

Potom sa koeficienty prenosu systému pozdĺž riadiacich a rušivých kanálov v ustálenom stave rovnajú koeficientom statického prenosu uzavretého systému a sú určené vzorcami:

(1)

Statické rovnice pre riadiaci a poruchový kanál majú tvar

(2)

Prenosové koeficienty regulátora a spätnoväzbového obvodu sú určené výrazmi:

(3)

Spôsoby zvýšenia statickej presnosti samohybných zbraní

1. Zvýšenie koeficientu prenosu systému s otvorenou slučkou v statike systémov.

Kde, .

Podmienky stability sa však so zvyšovaním hodnoty zhoršujú, čiže rastú chyby v dynamike.

1. Úvod do integrovaného ovládača komponentov.

2.1. Aplikácia I-regulátora: .

V tomto prípade sa systém stane astatickým pozdĺž riadiacich a rušivých kanálov a statická chyba sa rovná nule. LFC systému bude oveľa strmšie ako pôvodný a fázový posun sa zvýši o 90 stupňov. Systém sa môže ukázať ako nestabilný.

2.2. Inštalácia PI regulátora: .

Tu je statická chyba nulová a podmienky stability sú lepšie ako v prípade systému s I-regulátorom.

2.3. Použitie PID regulátora: .

Statická chyba systému je nulová a podmienky stability sú lepšie ako v systéme s PI regulátorom.

1. Zavedenie nejednotkovej spätnej väzby do systému, ak sa vyžaduje presná reprodukcia informačnej úrovne vstupného signálu.

Veríme tomu a sú to statické odkazy. , musíte si vybrať niečo takéto,

Komu; .

1. Vstupná mierka

vplyv.

Tu.

Výstupná funkcia sa bude rovnať informačnej úrovni vstupného vplyvu, ak teda kde.

1. Aplikácia princípu kompenzácie cez riadiace a poruchové kanály.

Výpočet kompenzačných zariadení je popísaný v časti „Výpočet kombinovaných riadiacich systémov“.

Výpočet dynamiky samohybných zbraní

Syntéza ACS pomocou LCH

V súčasnosti sa vyvinulo veľké množstvo metód na syntézu korekčných zariadení, ktoré sa delia na:

• metódy analytickej syntézy, ktoré využívajú analytické výrazy spájajúce indikátory kvality systému s parametrami korekčných zariadení;
• graficko-analytické.

Najvhodnejšou z graficko-analytických metód syntézy je klasická univerzálna metóda logaritmických frekvenčných charakteristík.

Podstata metódy je nasledujúca. Najprv sa skonštruuje asymptotický LFC pôvodného systému, potom sa skonštruuje požadovaný LFC systému s otvorenou slučkou; LFC korekčného zariadenia musí zmeniť tvar LFC pôvodného systému tak, aby LFC korigovaného systému.

Najťažším a kritickým štádiom syntézy je konštrukcia požadovaného LFC. Pri konštrukcii sa predpokladá, že syntetizovaný systém má jedinú negatívnu spätnú väzbu a je to systém s minimálnou fázou. Kvantitatívny vzťah medzi kvalitatívnymi ukazovateľmi prechodovej funkcie systémov s minimálnou fázou s jedným OOS a LFC systému s otvorenou slučkou je stanovený na základe nomogramov od Chestnut-Mayer, V.V Solodovnikov, A.V. Besekersky.

Požadovaný LFC je konvenčne rozdelený do troch častí: nízkofrekvenčná, stredná frekvencia a vysokofrekvenčná. Nízkofrekvenčná časť je určená statickou presnosťou systému presnosťou prevádzky ACS v ustálenom stave. V statickom systéme je nízkofrekvenčná asymptota rovnobežná s frekvenčnou osou v astatických systémoch je sklon nízkofrekvenčnej asymptoty 20 *; dB/dec, kde  - poradie astatizmu ( = 1, 2, 3,...). Stredofrekvenčná časť je najdôležitejšia, pretože určuje hlavne dynamiku procesov v systéme. Hlavnými parametrami stredofrekvenčnej asymptoty sú jej strmosť a medzná frekvencia. Čím väčší je sklon stredofrekvenčnej asymptoty, tým ťažšie je zabezpečiť dobré dynamické vlastnosti systému. Preto je vhodný sklon 20 dB/dec a extrémne zriedkavo presahuje 40 dB/dec. Medzná frekvencia určuje výkon systému. Čím viac, tým vyšší výkon (tým menej). Vysokofrekvenčná časť požadovaného LFC má malý vplyv na dynamické vlastnosti systému. Vo všeobecnosti je lepšie mať čo najväčší sklon jeho asymptoty, čím sa znižuje potrebný výkon aktora a vplyv vysokofrekvenčného rušenia.

Požadovaný LFC je zostavený na základe systémových požiadaviek: požiadavky na statické vlastnosti sú špecifikované vo forme astatistického poriadku a koeficient prenosu systému s otvorenou slučkou; dynamické vlastnosti sú najčastejšie nastavené maximálnou povolenou hodnotou prekmitu a časom regulácie; niekedy je nastavené obmedzenie v podobe maximálneho povoleného zrýchlenia regulovanej veličiny pri počiatočnom nesúlade.

Metódy konštrukcie požadovaného LFC: konštrukcia podľa V.V Solodovnikova, s použitím štandardných LFC a nomogramov, konštrukcia podľa E.A. Sankovského G.G Sigalova, zjednodušená konštrukcia, konštrukcia podľa V.A. Fateeva a ďalšie metódy.

Výhody frekvenčných metód:

● Frekvenčné charakteristiky, odrážajúce matematický model objektu, je možné získať pomerne jednoducho experimentálne;

● Výpočty založené na frekvenčných charakteristikách sú zredukované na jednoduché a vizuálne graficko-analytické konštrukcie;

● Frekvenčné metódy spájajú jednoduchosť a prehľadnosť pri riešení problémov bez ohľadu na poradie systému, prítomnosť transcendentálnych alebo iracionálnych väzieb v prenosovej funkcii.

Syntéza požadovaného LFC

Teoretické a experimentálne štúdie preukázali, že LFC riadiaceho systému s otvorenou slučkou, stabilného v uzavretom stave, takmer vždy pretína frekvenčnú os s úsekom so sklonom 20 dB/dec. Priesečník frekvenčnej osi úsekom LFC so sklonom 40 dB/dec alebo 60 dB/dec je možný, ale málo používaný, pretože takýto systém je stabilný s veľmi nízkym koeficientom prenosu.

Najracionálnejšia forma LFC systému s otvorenou slučkou, stabilná v uzavretom stave, má sklony:

• nízkofrekvenčná asymptota 0, -20, -40 dB/dec (určená poradím astatizmu systému);
• asymptota spájajúca nízkofrekvenčné a stredofrekvenčné asymptoty môže mať sklon 20, -40, -60 dB/dec;
• stredofrekvenčná asymptota 20 dB/dec;
• asymptota spájajúca strednú frekvenciu s vysokofrekvenčnou časťou LFC má spravidla sklon -40 dB/dec;
• vysokofrekvenčná sekcia LFC je postavená paralelne s asymptotami vysokofrekvenčnej sekcie LFC pôvodného systému s otvorenou slučkou.

Pri konštrukcii požadovaných LFC vychádzame z nasledujúcich požiadaviek:

1. Nastavený systém musí spĺňať stanovené ukazovatele kvality (dovolená chyba v ustálenom stave, požadovaná rezerva stability, výkon, prekmit a iné ukazovatele kvality prechodných procesov).
2. Tvar požadovaného LFC by sa mal čo najmenej líšiť od LFC nekorigovaného systému, aby sa zjednodušilo stabilizačné zariadenie.
3. Mali by ste sa snažiť zabezpečiť, aby pri vysokých frekvenciách LFC nekorigovaného systému neprekročilo viac ako 20-25 dB.
4. Nízkofrekvenčná časť požadovaného LFC sa musí zhodovať s LFC nekorigovaného systému, pretože koeficient prenosu dynamicky nekorigovaného systému s otvorenou slučkou sa volí s prihliadnutím na požadovanú presnosť v ustálenom stave.

Konštrukciu požadovaných LFC možno považovať za dokončenú, ak sú splnené všetky požiadavky na kvalitu systému. V opačnom prípade by ste sa mali vrátiť k výpočtu ustáleného stavu prevádzky a zmeniť parametre prvkov hlavného obvodu (vybrať motor s iným výkonom alebo menej zotrvačným, použiť zosilňovač s menšou časovou konštantou, povoliť striktnú negatívnu spätnú väzbu pokrývajúci najviac zotrvačné prvky sústavy atď.) .

Algoritmus na konštrukciu požadovaných LFC

1. Výber medznej frekvencie Lf(w).

Ak je špecifikovaný čas prekmitu a rozpadu prechodného procesu, potom sa použijú nomogramy V.V. Solodovnikova alebo A.V. ak je uvedený oscilačný index M, potom sa výpočet vykoná podľa metódy V.A.

Konštrukcia kvalitných nomogramov V.V Solodovnikova vychádzala z typickej reálnej frekvenčnej odozvy automatického riadiaceho systému s uzavretou slučkou (obr. 2). Pre statické systémy ( =0), pre astatické systémy ( =1, 2,…) .

Táto metóda predpokladá zachovanie pomeru.

Ako východiskové boli brané dynamické ukazovatele kvality a, ktoré súvisia s parametrami reálnej frekvenčnej odozvy uzavretého ACS diagramom kvality V.V. Solodovnikov (obr. 3). Na základe danej krivky (obr. 3) sa určí zodpovedajúca hodnota. Potom sa pomocou krivky určí hodnota, ktorá sa rovná zadanej hodnote, získame kde je hodnota medznej frekvencie, pri ktorej čas riadenia nepresiahne zadanú hodnotu.

Na druhej strane je limitovaný prípustným zrýchlením riadenej súradnice. Odporúča sa v prípade počiatočného nesúladu.

Čas regulácie možno približne určiť pomocou empirického vzorca, kde koeficient čitateľa sa berie ako rovný 2 at, 3 at, 4 at.

Vždy je žiaduce navrhnúť systém s čo najvyšším výkonom.

Spravidla nepresahuje viac ako ½ dekády. Je to spôsobené komplikovanosťou korekčných zariadení, potrebou zavedenia diferenciačných väzieb do systému, čo znižuje spoľahlivosť a odolnosť voči šumu a tiež obmedzeniami maximálneho povoleného zrýchlenia riadenej súradnice.

Medznú frekvenciu možno zvýšiť iba jej zvýšením. V tomto prípade sa statická presnosť zvyšuje, ale podmienky stability sa zhoršujú.

Rozhodnutie o výbere musí mať dostatočné odôvodnenie.

1. Zostrojenie asymptoty so strednou frekvenciou.

1. Stredofrekvenčnú asymptotu spárujeme s nízkofrekvenčnou asymptotoutak, že vo frekvenčnom rozsahu, v ktorom je prebytok fázy. Nadbytočná fáza a nadbytočný modul sa určujú pomocou nomogramu (obr. 4). Konjugovaná asymptota má sklon 20, -40 alebo 60 dB/dec at =0 ( - poradie astatizmu systému); -40, -60 dB/dec at =1 a -60 dB/dec pri  =2.

Ak sa ukáže, že fázový prebytok je menší, potom by sa mala asymptota konjugátu posunúť doľava alebo znížiť jej sklon. Ak je fázový prebytok väčší ako je prípustný, potom sa konjugačná asymptota posunie doprava alebo sa zvýši jej sklon.

Počiatočná väzbová frekvencia je určená z výrazu.

1. Stredofrekvenčnú asymptotu spárujeme s vysokofrekvenčnou časťoutak, že vo frekvenčnom rozsahu, kde je prebytok fázy. Spojovacia frekvencia je určená pomerom.

Ak na spojovacej frekvencii<, то сопрягающую асимптоту смещают вправо или уменьшают ее наклон.

Ak >, potom sa konjugačná asymptota posunie doľava alebo sa zväčší jej sklon. Odporúčaný rozdiel by mal byť niekoľko stupňov. Pravá konjugovaná frekvencia konjugovanej asymptoty.

Typicky je sklon tejto asymptoty -40 dB/dec a prijateľný rozdiel je. Test sa vykonáva s frekvenciou, pri ktorej.

1. Vysokofrekvenčná časť je navrhnutá paralelne alebo s ňou kombinovaná.

Táto časť charakteristiky ovplyvňuje hladký chod systému.

Takže v prvej fáze konštrukcie sa z podmienok nájdu frekvencie, pri ktorých je stredofrekvenčná asymptota konjugovaná s konjugačnými asymptotami. V druhej fáze sú hodnoty konjugovaných frekvencií špecifikované s prihliadnutím na fázové prebytky. V tretej fáze sa všetky párovacie frekvencie upravia podľa stavu ich blízkosti k párovacej frekvencii pôvodného systému, t.j. ak sa tieto frekvencie navzájom výrazne nelíšia.

Syntéza korekčného obvodu sériového typu

V diagrame na obr. 1 je možné získať parametre korekčného obvodu tu:

Prejdime k logaritmickým frekvenčným charakteristikám: ,

Pri vysokých frekvenciách by LFC regulátora „štandardne“ nemalo presiahnuť 20 dB podľa podmienok ochrany pred hlukom. Základný princíp štrukturálno-parametrickej optimalizácie automatických riadiacich systémov so spätnou väzbou: regulátor musí obsahovať dynamické prepojenie s prenosová funkcia, rovné alebo blízke inverznej prenosovej funkcii riadiaceho objektu.

Pozrime sa na príklad výpočtu sekvenčného korekčného obvodu.

Predpokladajme, že je potrebné upraviť statický systém. Predpokladajme, že sme ich postavili aj my. Domnievame sa, že systém má minimálne fázové väzby, preto nevybudujeme fázovo-frekvenčnú charakteristiku (obr. 2).

Teraz je ľahké reprodukovať parametre korekčného obvodu. Najčastejšie používané korekčné zariadenia sú aktívne a pasívne. R.C. - reťaze. Na základe fyzikálnych konceptov zostavujeme obvod znázornený na obr. 3.

Tlmenie signálu pomocou deliča R 1- R 2 pri vysokých frekvenciách zodpovedá útlmu signálu * o.

Kde,

Pri vysokých frekvenciách nedochádza k pozitívnemu faktoru skreslenia. Pomocou korekčného obvodu vieme posunúť medznú frekvenciu doľava a zabezpečiť tak požadovanú stabilitu a kvalitu chodu systému.

Výhody sekvenčného CG:

1. Jednoduchosť korekčného zariadenia (v mnohých prípadoch realizovaného vo forme jednoduchého pasívneho RC obvody);
2. Jednoduché zapnutie.

nedostatky:

1. Účinok sekvenčnej korekcie sa počas prevádzky pri zmene parametrov (koeficienty zosilnenia, časové konštanty) znižuje, preto sa pri sekvenčnej korekcii kladú zvýšené nároky na stabilitu parametrov prvkov, ktorá sa dosahuje použitím drahších prvkov;
2. Postupovanie diferenciačnej fázy R.C. -obvody (algoritmy v mikrokontroléroch) sú citlivé na vysokofrekvenčné rušenie;
3. Sekvenčná integrácia R.C. -obvody obsahujú objemnejšie kondenzátory (vyžaduje sa implementácia veľkých časových konštánt) ako obvody v spätnoväzbovom obvode.

Zvyčajne sa používa v systémoch s nízkou spotrebou energie. To je vysvetlené na jednej strane jednoduchosťou sekvenčných korekčných zariadení a na druhej strane nevhodnosťou použitia v týchto systémoch objemných paralelných korekčných zariadení úmerných veľkosti akčného člena, ako je tachogenerátor.

Treba mať na pamäti, že kvôli saturácii zosilňovačov nie je vždy vhodné vytvárať požadovaný LFC v nízko a strednom frekvenčnom rozsahu postupným začleňovaním integračných a integračných obvodov alebo niektorých iných prvkov s podobnými charakteristikami do systému. Preto sa spätná väzba často používa na tvarovanie v nízkom a strednom frekvenčnom rozsahu.

Syntéza nadväzujúcich korekčných obvodov

Pri výbere miesta na pripojenie korekčného obvodu by ste sa mali riadiť nasledujúcimi pravidlami:

1. Mali by byť pokryté tie prepojenia, ktoré výrazne negatívne ovplyvňujú typ požadovaného LFC.
2. Sklon LFC väzieb nepokrytých spätnou väzbou je zvolený tak, aby bol blízky sklonu v strednom frekvenčnom rozsahu. Splnenie tejto podmienky umožňuje mať jednoduchý korekčný obvod.
3. Opravná spätná väzba by mala pokrývať čo najviac odkazov nelineárne charakteristiky. V limite je potrebné usilovať sa o to, aby medzi väzbami nepokrytými spätnou väzbou neboli prvky s nelineárnymi charakteristikami. Toto zahrnutie spätnej väzby môže výrazne znížiť vplyv nelinearity charakteristík prvkov pokrytých spätnou väzbou na fungovanie systému.
4. Spätná väzba by sa mala týkať článkov s veľkým prevodovým pomerom. Iba v tomto prípade bude spätná väzba účinná.
5. Signál na vstup spätnej väzby je potrebné odoberať z prvku s dostatočným výkonom, aby ho zapnutie spätnej väzby nezaťažovalo. Signál zo spätnoväzbového výstupu by mal byť spravidla privedený na vstup prvkov systému, ktoré majú vysoký vstupný odpor.
6. Pri výbere miesta zapínania spätnej väzby vo vnútri slučky s korekčnou spätnou väzbou je žiaduce, aby strmosť LFC vo frekvenčnom rozsahu bola 0 alebo 20 dB/dec. Splnenie tejto podmienky umožňuje mať jednoduchý korekčný obvod.

Často pokrývajú zosilňovaciu dráhu systému alebo pokrývajú výkonovú časť systému. Opravná spätná väzba sa zvyčajne používa vo výkonných systémoch.

Výhody CEP:

1. Závislosť ukazovateľov kvality systému od zmien parametrov prvkov nemennej časti systému je znížená, pretože vo významnom frekvenčnom rozsahu je prenosová funkcia časti systému pokrytej spätnou väzbou určená prevrátenou hodnotou prenosová funkcia korekčného zariadenia back-to-back. Preto sú požiadavky na prvky pôvodného systému menej prísne ako na sekvenčnú korekciu.
2. Nelineárne charakteristiky prvkov pokrytých spätnou väzbou sú linearizované, pretože prenosové vlastnosti pokrytej časti systému sú určené parametrami slučky v obvode spätnej väzby.
3. Napájanie korekčných zariadení back-to-back, aj keď vyžaduje vysoký výkon, nespôsobuje ťažkosti, pretože spätná väzba zvyčajne začína od koncových spojení systému s výkonným výstupom.
4. Korekčné zariadenia back-to-back pracujú s nižšou úrovňou rušenia ako sériové, pretože signál, ktorý do nich vstupuje, prechádza celým systémom, čo je dolnopriepustný filter. V dôsledku toho sa účinnosť korekčných zariadení typu back-to-back, keď sa na chybový signál aplikuje rušenie, znižuje menej ako účinnosť sériových korekčných zariadení.
5. Na rozdiel od sekvenčného korekčného zariadenia spätná väzba umožňuje realizovať najväčšiu časovú konštantu požadovaného LFC s relatívne malými hodnotami vlastných časových konštánt.

nedostatky:

1. CP nad sebou často obsahujú drahé alebo objemné prvky (napríklad tachogenerátory, diferenciačné transformátory).
2. Sčítanie spätnoväzbového signálu a chybového signálu by malo byť implementované tak, aby spätná väzba neposunula vstup zosilňovača.
3. Slučka vytvorená korekčnou spätnou väzbou môže byť nestabilná. Zníženie hraníc stability vo vnútorných obvodoch zhoršuje spoľahlivosť systému ako celku.

Metódy stanovenia:

1. analytické;
2. Graficko-analytické;
3. Modelovo-experimentálne.

Po výpočte antiparalelného korekčného obvodu by sa mala skontrolovať stabilita vnútorného obvodu. Ak je hlavná spätná väzba otvorená a vnútorný obvod je nestabilný, prvky systému môžu zlyhať. Ak je vnútorný obvod nestabilný, jeho stabilita je zabezpečená sériovým korekčným obvodom.

Približná metóda na zostavenie LFC korekčnej negatívnej spätnej väzby

Nechajte blokovú schému projektovaného

Systém je zredukovaný do zobrazenej podoby

Na obr.

opravná spätná väzba;

prenos

funkcia open-loop source (neopravená)

systémov.

Pre takýto štrukturálny diagram je prenosová funkcia upraveného systému s otvorenou slučkou.

Vo frekvenčnom rozsahu, kderovnica bude napísaná takto

Tie.

Podmienka výberu; (1)

- výberová rovnica (v rozsahu nízkych a vysokých frekvencií) (2)

Vo frekvenčnom rozsahu, kde

Podmienka výberu; (3)

dostaneme,

t.j.

kde - výberová rovnica(v strednom frekvenčnom rozsahu). (4)

Potom je algoritmus konštrukcie nasledujúci:

1. staviame.
2. staviame.
3. Zostrojíme a určíme frekvenčný rozsah, kde je táto charakteristika väčšia ako nula (podmienka výberu (3)).
4. Na základe konkrétnej technickej realizácie systému sa určí, t.j. miesta vstupu a výstupu korekčnej spätnej väzby.
5. staviame.
6. Vo vybranom frekvenčnom rozsahu skonštruujeme logaritmickú frekvenčnú odozvu korekčného spoja odčítaním z výberovej rovnice (4).
7. V nízkofrekvenčnej oblasti, kde (podmienka výberu (1)) volíme tak, aby bola splnená výberová rovnica (2): .
8. IN vysokofrekvenčná oblasť nerovnosť (2) je zvyčajne splnená, keď je strmosť asymptoty 0 dB/dec.
9. Sklon a dĺžka konjugačných asymptot sa volí na základe jednoduchosti implementácie obvodu korekčného zariadenia.
10. Určujeme a navrhujeme podľa LFC schematický diagram nápravná jednotka.

Príklad. Nechať a byť daný. Odkazy, na ktoré sa vzťahuje spätná väzba, sú určené. Treba postaviť. Konštrukcia je vyhotovená na obr.2. Počiatočný systém je minimálna fáza. Po konštrukcii je potrebné skontrolovať stabilitu vypočítaného obrysu.

Presná metóda na zostavenie LFC korekčného spätnoväzbového prepojenia

Ak je potrebné prísne dodržiavať špecifikované ukazovatele kvality, je potrebné vypočítať presné hodnoty frekvenčných charakteristík korekčného obvodu.

Počiatočná bloková schéma nekorigovaných samohybných zbraní

Konvertovaný blokový diagram

Upravený blokový diagram ekvivalentu ACS

Uveďme nasledujúcu notáciu: , (1)

Potom.

To vám umožňuje používať uzatváracie nomogramy a nájsť i.

Predpokladajme, že sú známe. Používame nomogram uzavretia v opačné poradie:

, => , .

Potom z výrazu

LFC antiparalelného korekčného obvodu:

Pre výber parametrov korekčného obvodu je potrebné reprezentovať LFC v asymptotickej forme.

Konštrukcia LFC priameho paralelného korekčného spojenia

Transformujme blokovú schému navrhnutého systému do podoby obr.

V tomto prípade je vhodné zvážiť prenosovú funkciu.

Frekvenčné charakteristiky a sú určené podobne ako frekvenčné charakteristiky sériového korekčného obvodu.

Vo frekvenčnom rozsahu, kde, charakteristiky

tie. korekčný obvod neovplyvňuje činnosť systému, ale vo frekvenčnom rozsahu, kde sú charakteristiky

a správanie systému je určené parametrami priameho paralelného obvodu.

Vo frekvenčnom rozsahu, kde je pri určovaní LFC vhodné uvádzať paralelne zapojené spoje v tvare, kde, .

Zostavíme LFC sekvenčného korekčného zariadenia ako predtým. Pomocou uzatváracieho nomogramu nájdeme a a nakoniec .

Návrh korekčného zariadenia

Kritériá kvality UK:

1. Spoľahlivosť;
2. Nízke náklady;
3. Jednoduchosť implementácie okruhu;
4. udržateľnosť;
5. Imunita proti hluku;
6. Nízka spotreba energie;
7. Jednoduchosť výroby a prevádzky.

Obmedzenia:

1. Do jednej korekčnej sekcie sa neodporúča inštalovať kondenzátory alebo odpory, ktorých hodnoty sa líšia o dva až tri rády.
2. LFC korekčných spojov môže mať frekvenčné rozšírenie nie viac ako 2-3 desaťročia a amplitúdový útlm nie viac ako 20-30 dB.
3. Koeficient prenosu pasívnej dvojportovej siete by nemal byť navrhnutý menší ako 0,05-0,1.
4. Hodnoty rezistorov v aktívnych korekčných odkazoch:

a) v obvode spätnej väzby nie viac ako 1-1,5 MOhm a nie menej ako desiatky kOhm;

b) v priamom kanálovom obvode od desiatok kOhm do 1 MOhm.

1. Hodnoty kondenzátorov: jednotky mikrofaradov stovky pcFaradov.

Typy opravných odkazov

1. Pasívne štvorpóly ( R - L - C reťazce).

Ak, tak vplyv zaťaženia na informačných procesov možno zanedbať. .

Výstupný signál v týchto obvodoch je slabší (alebo má rovnakú úroveň) ako vstupný.

Príklad. Pasívny integro-diferenciačný článok.

Kde.

Prevaha diferenciačného účinku je zabezpečená, ak veľkosť útlmu k<0.5 или иначе.

Keďže odpor je najväčší, je vhodné začať s výpočtom prvkov korekčného obvodu s danou podmienkou.

Označme odkiaľ;

definujme medziparameter =>

teda k = D.

vstupná impedancia medziobvodu,

na striedavý prúd

Pri vyrovnávaní odporu je dostatočnou podmienkou pre jednosmerný prúd splnenie vzťahu,

na striedavý prúd.

1. Aktívne štvorpóly.

Ak zisk zosilňovača >>1.

Príklad . Aktívny skutočný rozlišovací článok prvého rádu.

Navyše, .

sa vyberie počas nastavovania (nastavenie zosilňovača na nulu).

na striedavý prúd a na jednosmerný prúd je vstupný odpor rovnaký.

Výstupná impedancia operačných zosilňovačov je desiatky Ohmov a je určená hlavne hodnotami odporov v kolektorových obvodoch výstupných tranzistorov.

Obvod neposkytuje predstih v celom frekvenčnom rozsahu, ale iba v určitom pásme blízko medznej frekvencie systému, zvyčajne umiestneného v nízkom a strednom frekvenčnom rozsahu pôvodného ACS. Ideálne prepojenie silne zdôrazňuje vysoké frekvencie, v oblasti ktorých sa nachádza spektrum rušenia superponované na užitočný signál, pričom reálny obvod ich prenáša bez výrazného zosilnenia.

1. Diferenciačný transformátor.

Odpor obvodu primárneho vinutia transformátora.

transformačný pomer transformátora.

Prenosová funkcia stabilizačného transformátora pri

vyzerá ako

Kde, indukčnosť transformátora v režime nečinnosti; .

1. Pasívne štvorpóly striedavý prúd .

V obvodoch striedavého prúdu je možné použiť obvody korekcie jednosmerného prúdu.

Schéma zapojenia na pripojenie korekčných obvodov je nasledovná:

Koordinácia elementárnych korekčných väzieb

Vyrobené:

1. Pre záťaže aktívnych spojov (zaťažovacie prúdy zosilňovačov by nemali prekročiť maximálne prípustné hodnoty);
2. Podľa odporu, výstupný vstup (pri jednosmernom prúde a hornej frekvencii prevádzkového rozsahu systému).

Hodnoty zaťaženia operačných zosilňovačov sú uvedené v technických podmienkach ich použitia a sú zvyčajne vyššie ako 1 kOhm.

Poznámka. Podpísať<< означает меньше как минимум в 10 раз.

Požiadavky na operačné zosilňovače:

1. Napäťový zisk.
2. Malý posun nuly.
3. Vysoká vstupná impedancia (100 kOhm 3 MOhm).
4. Nízky výstupný odpor (desiatky ohmov).
5. Frekvenčný rozsah prevádzky (šírka pásma).
6. Napájacie napätie +5V, ale nie menej ako 10V.
7. Dizajn (počet zosilňovačov v jednom kryte).

Typické regulátory

Typy regulátorov:

1. P-regulátor (grécky. statos stojace; statický regulátor tvorí proporcionálny regulačný zákon);

So zvyšujúcou sa k p Chyba ustáleného stavu sa zmenšuje, ale zvyšuje sa hlučnosť merania, čo vedie k zvýšeniu aktivity akčných členov (fungujú trhavo), opotrebováva sa mechanická časť a výrazne sa znižuje životnosť zariadenia.

nedostatky:

● nevyhnutná odchýlka regulovanej veličiny od špecifikovanej hodnoty, ak je objekt statický;

● pomalá odozva regulátora na poruchy na začiatku procesu prechodu.

1. I-regulátor (integrálny);
2. PD regulátor (proporcionálne odvodený);
3. PI regulátor (proporcionálno-integrálny);
4. PID regulátor (proporcionálne-integrálne-derivátny);

1. Regulátor relé.

V spätnej väzbe sa používa regulátor typu D, ale DI regulátor sa nepoužíva.

Tieto regulátory v mnohých prípadoch môžu poskytnúťprijateľné riadenie, jednoduché nastavenie a lacné v hromadnej výrobe.

PD regulátor

Štrukturálna schéma:

vynútenie odkazu.

reálna prenosová funkcia PD regulátora.

regulačného zákona.

(1) bez regulátora;

(2) P-regulátor;

(3) PD regulátor.

Výhody PD regulátora:

1. Zvyšuje sa miera stability;
2. Kvalita sa výrazne zlepšuje

regulácia (klesá oscilácia

A čas prechodu

proces).

Nevýhody PD regulátora:

1. Nízka presnosť ovládania (statická prevádzka

pôvodný systém sa nemení kedy kp = 1);

1. Rušenie pri vysokých frekvenciách sa zvyšuje a

prevádzka systému je narušená v dôsledku saturácie

zosilňovače;

1. V praxi ťažko realizovateľné.

Implementácia PD regulátora

Vstupné a spätnoväzbové signály sú jednoducho sčítané.

Ak zmeníte znamienka vplyvu vstupu a spätnej väzby, potom by mal byť k výstupu regulátora pripojený menič.

Zenerove diódy v spätnej väzbe operačného zosilňovača sú navrhnuté tak, aby obmedzili úroveň výstupného signálu na špecifikovanú hodnotu.

Vo vstupných obvodoch a sú zapnuté podľa potreby. Odporúča sa to. Ak je to vylúčené, zosilňovač môže prejsť do režimu saturácie v dôsledku rušenia. Voliteľné (hodnota do 20 kOhm).

Prenos funkcie regulátora cez riadiaci kanál:

PI regulátor

(Grécky isos hladký, dromos beh; izodromický regulátor)

Pri nízkych frekvenciách prevláda integračný efekt (bez statickej chyby) a pri vysokých frekvenciách efekt od (kvalita prechodového procesu je lepšia ako pri I-zákone regulácie).

regulačného zákona.

1. nedostatok regulátora;
2. P-regulátor;
3. PI regulátor.

Výhody:

1. jednoduchosť implementácie;
2. Výrazne zlepšuje presnosť ovládania v statických podmienkach:

Chyba v ustálenom stave s konštantnou vstupnou akciou je nula;

Táto chyba nie je citlivá na zmeny parametrov objektu.

Nedostatky : astatizmus systému sa zvyšuje o jednu a v dôsledku toho sa rezervy stability znižujú, oscilácia procesu prechodu sa zvyšuje a zvyšuje.

Implementácia PI regulátora

PID regulátor

Pri nízkych frekvenciách prevažuje integračný efekt a pri vysokých frekvenciách prevláda diferenciačný efekt.

regulačného zákona.

Pri inštalácii PID regulátora sa statický systém stáva astatickým (statická chyba je nula), avšak v dynamike sa astatizmus vplyvom diferenciačnej zložky odstraňuje, t.j. zlepšuje sa kvalita prechodového procesu.

Výhody:

1. Vysoká statická presnosť;
2. Vysoký výkon;
3. Veľká rezerva stability.

nedostatky:

1. Aplikovateľné na opísané systémy

diferenciálne rovnice nízkych

poriadku, keď má predmet jeden alebo dva póly

alebo sa dá aproximovať pomocou druhého modelu

objednať.

1. Požiadavky na kvalitu manažmentu sú priemerné.

Implementácia PID regulátora

kde, a.

Určujeme podľa LFC operačného zosilňovača. Potom má prenosová funkcia skutočného regulátora tvar:

Systémy najčastejšie využívajú PID regulátor.

1. Pre objekty s oneskorením, ktorých inerciálna časť je blízko spojnice prvého rádu, je vhodné použiť PI regulátor;
2. Pre objekty s oneskorením, ktorých inerciálna časť je v poriadku, je najlepší regulátor PID;
3. PID regulátory sú účinné z hľadiska zníženia chyby v ustálenom stave a zlepšenia typu prechodovej odozvy, keď má riadiaci objekt jeden alebo dva póly (alebo sa dá aproximovať modelom druhého rádu);
4. Keď je proces riadenia vysoko dynamický, ako napríklad v systéme riadenia prietoku alebo tlaku, nepoužíva sa diferenciačný komponent, aby sa predišlo javu samobudenia.

Výpočet kombinovaných riadiacich systémov

Kombinovanétaké riadenie v automatickom systéme, keď sa spolu s uzavretou regulačnou slučkou pre odchýlku používa externé kompenzačné zariadenie pre referenčné alebo rušivé vplyvy.

Princíp invariantnostiprincíp kompenzácie dynamických a statických chýb bez ohľadu na formu vstupnej akcie cez riadiaci kanál alebo kompenzáciu rušivého vplyvu.

invariantný vzhľadom na

rušivý vplyv, ak po dokončení procesu prechodu,

určené počiatočnými podmienkami, riadená veličina a systémová chyba nie sú

závisieť od tohto vplyvu.

Automatický riadiaci systém jeinvariantný vzhľadom na

nastavenie vplyvu, ak sa po ukončení procesu prechodu určí

počiatočných podmienok, systémová chyba nezávisí od tohto vplyvu.

1. Výpočet kompenzačných zariadení pozdĺž kanála rušenia

Nechajte blokovú schému pôvodného systému transformovať do zobrazenej podoby

na obr.

Prenesme miesto pôsobenia poruchy na vstup systému (obr. 2).

Napíšeme rovnicu pre výstupnú súradnicu: .

Vplyv poruchy na výstupnú funkciu f bude chýbať, ak je podmienka splnenáabsolútna nemennosťsystémy proti poruchám:

Podmienka pre úplnú kompenzáciu rušenia.

Externé ovládače sa používajú na získanie invariantnosti cez kanál rušenia s presnosťou , keďže poradie menovateľa je zvyčajne vyššie ako poradie čitateľa.

Príklad . Nechajte objekt a ovládač správať sa ako aperiodické spojenia. Najväčšia časová konštanta zvyčajne patrí objektu.

Potom

Grafy na obr. 3.

Kompenzačný obvod musí mať diferenciačné vlastnosti a aktívne diferenciačné vlastnosti pri vysokých frekvenciách (pretože charakteristika je čiastočne umiestnená nad osou frekvencie).

Dosiahnutie absolútnej invariantnosti je nemožné, ale kompenzačný efekt môže byť významný aj pri jednoduchom kompenzačnom obvode, ktorý zabezpečuje realizáciu v obmedzenom frekvenčnom rozsahu (na obr. 3).

Meranie porúch je technicky náročné a nie vždy možné, preto sa pri navrhovaní systémov často používajú nepriame metódy merania porúch.

2. Výpočet systémov s kompenzáciou chýb cez riadiaci kanál

Pre tento systém, ktorého bloková schéma je znázornená na obr. 4 platia tieto vzťahy:

prenosová funkcia chybou.

Podmienku úplnej kompenzácie chýb dosiahneme, ak zvolíme kompenzačný obvod s nasledujúcimi parametrami:

(1) podmienka absolútnej nemennosti systému voči chybe pozdĺž riadiaceho kanála.

Servosystémy sú implementované ako astatické. Zoberme si príklad pre takéto systémy (obr. 5).

Pri vysokých frekvenciách vedie diferenciácia druhého rádu v kompenzačnom obvode k saturácii zosilňovačov pri vysokých hladinách šumu. Preto sa vykonáva približná implementácia, ktorá poskytuje hmatateľný regulačný účinok.

Astatické systémy sa vyznačujú koeficientom prenosu faktora kvality k určený pri = 1 a  = k.

Ak k =10, potom je chyba 10 %, pretože

Systém nízkej kvality (obr. 6).

Predstavme si kompenzačný obvod s prenosovou funkciou

Ako takýto obvod môže slúžiť tachogenerátor, ak

Vstup je mechanický. Implementácia low-Q systému

Jednoduché.

Získame z podmienky (1).

Potom, keď máme systém s astatizmom 1. rádu, dostaneme systém s

astatizmus druhého rádu (obr. 7).

Vždy Y zaostáva za riadiacim signálom; Zadaním znížime chybu. Kompenzačný obvod neovplyvňuje stabilitu.

Kompenzačný článok musí mať spravidla rozlišovacie vlastnosti a musí byť realizovaný pomocou aktívnych prvkov. Presné splnenie podmienky absolútnej invariantnosti je nemožné pre technickú nevhodnosť získania derivácie vyššej ako druhého rádu (do regulačnej slučky je vnášaná vysoká úroveň rušenia, zvyšuje sa zložitosť kompenzačného zariadenia) a zotrvačnosť reálneho technické zariadenia. Počet aperiodických článkov v kompenzačnom zariadení je navrhnutý tak, aby sa rovnal počtu elementárnych vynucovacích článkov. Časové konštanty aperiodických spojov sú vypočítané na základe prevádzkových podmienok spojov vo významnom frekvenčnom rozsahu, t.j.

Princíp konštrukcie viacokruhového automatického riadiaceho systému s kaskádovým zapojením regulátorov je tzvprincíp podriadenej regulácie.

Syntéza ACS podriadeného riadenia s dvoma alebo viacerými obvodmi sa vykonáva sekvenčnou optimalizáciou obvodov, počnúc vnútorným.

∆θ ,

krupobitie

∆L,

dB

W a (p)

W A1 (p)

1/T str

1/T 0

Ďalšie podobné diela, ktoré by vás mohli zaujímať.vshm>
2007.		Dynamický režim automatických riadiacich systémov	100,64 kB
	Dynamický režim samohybných zbraní. Dynamická rovnica Režim ustáleného stavu nie je typický pre samohybné delá. Za hlavný režim činnosti ACS sa teda považuje dynamický režim charakterizovaný výskytom prechodných procesov v ňom. Preto je druhou hlavnou úlohou pri vývoji ACS analýza dynamické režimy Práca ACS.
12933.		SYNTÉZA DISKRÉTNYCH SYSTÉMOV RIADENIA	221,91 kB
	Úloha syntetizovať číslicové riadiace zariadenia V prípadoch, keď je uzavretý diskrétny systém zložený z funkčne nevyhnutných prvkov nestabilný alebo jeho kvalitatívne ukazovatele nevyhovujú požadovaným, vzniká problém jeho korekcie alebo problém syntetizácie riadiaceho zariadenia. V súčasnosti je najracionálnejším spôsobom výstavby riadiacich zariadení použitie riadiacich počítačov alebo špecializovaných digitálnych počítačov CV...
2741.		SYNTÉZA KONTROLNÝCH SYSTÉMOV SO SPÄTNOU VÄZNOU	407,23 kB
	Nakreslíme prechodové a frekvenčné charakteristiky spojitého a diskrétneho modelu: Obr. Prechodová odozva spojitého systému Obr. Prechodová odozva diskrétneho systému Obr. Frekvenčné charakteristiky spojitého systému Obr.
3208.		Základy analýzy a konštrukcie automatických riadiacich systémov	458,63 kB
	Pre daný dynamický objekt samostatne vypracujte, prípadne si preberte z literatúry schému automatického riadiaceho systému fungujúceho na princípe odchýlky. Vyvinúť variant kombinovaného systému, ktorý obsahuje regulačné slučky pre odchýlku a poruchu.
5910.		Automatické riadiace systémy s digitálnymi počítačmi	928,83 kB
	Za posledné dve desaťročia sa spoľahlivosť a cena digitálnych počítačov výrazne zlepšila. V tomto smere sa stále viac využívajú v riadiacich systémoch ako regulátory. V čase, ktorý sa rovná kvantizačnej perióde, je počítač schopný vykonať veľké množstvo výpočty a generovať výstupný signál, ktorý sa následne používa na ovládanie objektu
5106.		Hlavné typy výskumu systémov riadenia: marketingový, sociologický, ekonomický (ich vlastnosti). Hlavné smery zlepšovania systémov riadenia	178,73 kB
	V podmienkach dynamiky modernej výrobnej a spoločenskej štruktúry musí byť manažment v stave neustáleho rozvoja, ktorý dnes nie je možné zabezpečiť bez skúmania ciest a možností tohto rozvoja.
14277.		Úvod do systémovej analýzy, syntézy a modelovania	582,75 kB
	Presne povedané, existujú tri vedy, ktoré študujú systémy: systemológia, teória systémov, ktorá študuje teoretické aspekty a využíva teoretické metódy, teória informácie, teória pravdepodobnosti, teória hier atď. Organizácia systému je spojená s prítomnosťou určitých vzťahy príčin a následkov v tomto systéme. Organizácia systému môže mať rôzne formy, napríklad biologická informácia environmentálna ekonomická sociálna čas priestorová a je určená vzťahmi príčin a následkov v hmote a spoločnosti. u...
5435.		Zlepšenie automatického riadiaceho systému pre proces zahusťovania kalu	515,4 kB
	Granulát Uralkali sa vyváža najmä do Brazílie, USA a Číny, kde sa následne používa buď na priamu aplikáciu do pôdy, alebo zmiešaný s dusíkatými a fosforečnými hnojivami.
20340.		ANALÝZA A SYNTÉZA SYSTÉMU RIADENIA PODNIKU	338,39 kB
	Zdokonaľovanie systému manažérstva, ako aj dnešná manažérska prax v moderných podmienkach poukazujú na akútny problém potreby výskumného prístupu ako k riadeniu podniku, tak k jeho zlepšovaniu a rozvoju.
1891.		Syntéza diskrétneho modálneho riadiaceho zákona pomocou metódy L.M. Boychuk	345,04 kB
	Pomocou funkcie W(z) vytvorte popis diskrétneho objektu v stavovom priestore. Skontrolujte, či sú splnené podmienky ovládateľnosti a pozorovateľnosti tohto objektu.

Metóda logaritmických frekvenčných charakteristík sa používa na určenie frekvenčných prenosových funkcií korekčných zariadení, ktoré približujú dynamický výkon k požadovanému. Táto metóda sa najúčinnejšie používa na syntézu systémov s lineárnymi alebo digitálnymi korekčnými zariadeniami, pretože v takýchto systémoch frekvenčné charakteristiky spojov nezávisia od amplitúdy vstupné signály. Syntéza ACS pomocou metódy logaritmických frekvenčných charakteristík zahŕňa nasledujúce operácie:

V prvej fáze je pomocou známej prenosovej funkcie nemennej časti ACS skonštruovaná jej logaritmická frekvenčná odozva. Vo väčšine prípadov stačí použiť asymptotické frekvenčné charakteristiky.

V druhej fáze je skonštruovaná požadovaná logaritmická frekvenčná odozva ACS, ktorá by spĺňala požiadavky. Typ požadovaného LFC sa určuje na základe účelu systému, času procesu prechodu, prekročenia a chybovosti. V tomto prípade sa často používajú typické frekvenčné charakteristiky pre systémy s rôznymi rádmi astatizmu. Pri konštrukcii požadovaného LFC si musíte byť istí, že typ amplitúdovej odozvy úplne určuje povahu prechodných procesov a nie je potrebné brať do úvahy fázovú frekvenčnú odozvu. To druhé platí v prípade systémov s minimálnou fázou, ktoré sa vyznačujú absenciou núl a pólov umiestnených v pravej polrovine. Pri výbere požadovaných logaritmických amplitúdových a fázových charakteristík je dôležité, aby táto poskytovala požadovanú rezervu stability pri medznej frekvencii systému. Na tento účel sa používajú špeciálne nomogramy, ktorých vzhľad je znázornený na obr. 1.

Obrázok 16‑1 Krivky na výber rezervy stability v amplitúde (a) a fáze (b) v závislosti od veľkosti prekmitu

Uspokojivé ukazovatele kvality ACS v dynamických režimoch sa dosahujú, keď sa amplitúdová charakteristika osi x pretína so sklonom –20 dB/dec.

Obrázok 16‑2 Určenie charakteristík PCU

V poslednej fáze sa z porovnania frekvenčných charakteristík nekorigovaného systému a požadovaných frekvenčných charakteristík stanovia frekvenčné vlastnosti korekčného zariadenia. Pri použití lineárnych korekčných prostriedkov možno logaritmickú frekvenčnú odozvu sekvenčného korekčného zariadenia (SCD) nájsť odčítaním LFC nekorigovaného systému od požadovaného LFC ACS, tj.

Preto

Treba poznamenať, že z prenosovej funkcie sekvenčného korekčného zariadenia je ľahké určiť prenosové funkcie spojov v priamom alebo spätnoväzbovom obvode, pomocou ktorých sa koriguje dynamický výkon automatického riadiaceho systému.

Ďalším krokom je určenie spôsobu implementácie, obvodu a parametrov korekčného zariadenia.

Poslednou etapou syntézy korekčného zariadenia je verifikačný výpočet ACS, ktorý pozostáva zo zostrojenia grafov prechodových procesov pre systém s vybraným korekčným zariadením. V tejto fáze je vhodné použiť finančné prostriedky počítačová technológia a modelovacie softvérové ​​systémy VinSim, WorkBench, CircuitMaker, MathCAD.

Uvedieme len niektoré výsledky riešenia problematiky syntézy ACS a vymenujeme ich autorov.

K prvým výsledkom riešenia problému syntézy automatických riadiacich systémov patrí hyperbola I.A. Vyshnegradského (1832-1895), pomocou ktorého sa zisťuje oblasť stability a oblasť nestability automatického riadiaceho systému, ktorého správanie popisuje diferenciálna rovnica tretieho rádu. Hyperbole I.A. Vyshnegradsky je zameraný na riešenie problému stabilizácie samohybných zbraní vo forme „vstup-výstup“; umožňuje zvýrazniť oblasti aperiodických a oscilačných prechodných procesov. S výsledkom I.A. Vyshnegradsky úzko súvisí s problémom modálnej kontroly formalizovaným N.N. Rosenbrocka a analytické riešenie tohto problému pre skalárny prípad, ktoré navrhol J. Ackerman.

V roku 1940 V.S. Kulebakin sformuloval prístup, ktorý možno nazvať princípom dvojstupňovej syntézy regulátorov (princíp dvojstupňovej korekcie). Jeho obsahom je, že v prvej fáze sa vyberie referenčný operátor systému s uzavretou slučkou (pre stacionárne systémy - referenčná prenosová funkcia (TF) We(s)) a v druhej - bloková schéma a parametre regulátora , ako aj pohon s výkonom poskytujúcim potrebnú rýchlosť.

Pokiaľ ide o triedu stacionárnych lineárnych automatických riadiacich systémov, významné výsledky pri výbere referenčných prenosových funkcií systémov, ktoré spĺňajú technické požiadavky na niektoré typické užitočné signály, boli získané v prácach V.A. Bodner, B.N. Petrová, V.V. Solodovniková, G.S. Pospelová, T.N. Sokolová, S.P. Strelková, A.A. Feldbaum.

Pri riešení problémov syntézy systémov automatického riadenia podliehajúcich vplyvu náhodných procesov zohráva dôležitú úlohu hľadanie dynamických charakteristík optimálneho (referenčného) systému. Veľký význam pri riešení tohto problému majú práce N. Wienera, L. Zadeho a G. Ragazziniho, V.V. Solodovniková, V.S. Pugacheva, P.S. Matveeva, K.A. Pupková, V.I. Kukhtenko.

Vo frekvenčnej metóde vyvinutej V.V. Solodovnikov a široko používaný v inžinierskej praxi, výpočet sa vykonáva pomocou štandardných logaritmických amplitúdových frekvenčných charakteristík, pre ktoré boli skonštruované podrobné nomogramy ukazovateľov kvality riadiacich procesov. Pomocou týchto nomogramov je možné zostrojiť referenčnú amplitúdovú frekvenčnú odozvu (realizácia 1. stupňa) syntetizovaného systému, určiť jeho prenosovú funkciu a nájsť frekvenčné charakteristiky a prenosovú funkciu korekčného zariadenia.

Ya.Z. Tsypkin zvážil problém určenia referenčných charakteristík automatického riadiaceho systému s uzavretou slučkou pre prípady, keď sa ako indikátory kvality zvolia integrálna kvadratická odchýlka a regulačná energia.

Teoretické princípy, ktoré sú základom riešenia problému syntézy, sa odrážajú v prácach E.P. Popov a V.A. Bessekersky.

Širokú škálu prístupov k riešeniu problému konštrukcie referenčného systému MM, napríklad pomocou Butterworthových filtrov, zvažoval A.A. Pervozvanského.

V.S. Kulebakin navrhol metódu syntézy automatických riadiacich systémov opísaných lineárnymi diferenciálnymi rovnicami druhého a tretieho rádu, ktoré spĺňajú určité technické požiadavky. Pre takéto systémy sa referenčná prenosová funkcia vyberá z podmienky implementácie danej forme proces prechodu. Na základe zvolenej referenčnej prenosovej funkcie možno nájsť parametre reálneho systému. Táto metóda syntézy sa nazýva metóda štandardných koeficientov. Charakteristickým znakom tejto metódy je, že požadované parametre sú určené riešením sústavy rovníc získaných zrovnoprávnením koeficientov zodpovedajúcich operátorov referenčnej a reálnej prenosovej funkcie riadiaceho systému.

Hlavnou nevýhodou metódy štandardných koeficientov pri riešení úlohy syntézy je v mnohých prípadoch neriešiteľnosť sústavy rovníc používaných na určenie parametrov tejto sústavy.

V.A. Bodner ukázal, že keď sú inverzné paralelné korekčné zariadenia zapnuté určitým spôsobom, systém sa stáva riešiteľným.

Významné výsledky zamerané na riešenie problematiky stanovenia parametrov prvkov zaradených do riadiaceho systému a zabezpečenie rovnosti referenčného MM a MM projektovaného systému získal V.V. Solodovnikov, V.G. Segalin, Gullemin, T.N. Sokolov, V.R. Evans, V.A. Bodner, V.S. Kulebakin, E.G. Uderman a kol.

Na vyriešenie technických problémov boli vyvinuté metódy syntézy automatických riadiacich systémov v nasledujúcich formuláciách:

• 1. Syntéza na základe daného umiestnenia pólov procesných obrazov (prenosová funkcia), ako aj pomocou D-rozdielu roviny koeficientov menovateľa obrazu (alebo roviny parametrov systému).
• 2. Syntéza na základe daného umiestnenia pólov a núl prenosovej funkcie vrátane metódy koreňového hodografu.
• 3. Syntéza pomocou integrálnych odhadov.
• 4. Syntéza amplitúdovo-fázovej a reálnej frekvenčnej charakteristiky metódou podobnosti.

Metódy syntézy založené na umiestnení pólov prenosovej funkcie sú uvažované v prácach G.N. Nikolsky, V.K. Popová, T.N. Sokolová, Z.Sh. Blokha, Yu.I. Neymarka a spol.

Metóda syntézy založená na danom (vzájomnom) usporiadaní pólov a núl prenosovej funkcie môže poskytnúť všetky ukazovatele kvality prechodového procesu. Rozoberá sa v prácach S.P. Strelková, E.P. Popova, Traksela a iné.

Okrem toho koreňové metódy navrhol K.F. Teodorchik, G.A. Bendrikov, G.V. Rimsky, Gullemin.

Metóda vyvinutá N.T. Kuzovkova, umožňuje využiť spojenie medzi hlavnými ukazovateľmi kvality riadiaceho procesu a hodnotami dominantných pólov a núl syntetizovaného systému, ako aj nadviazať spojenie týchto pólov a núl s variabilný parameter.

Na určenie niektorých parametrov sa používajú aj integrálne odhady kvality procesu prechodu, vyvinuté v prácach L.I. Mandelstam, B.V. Bulgáková, V.S. Kulebakina, A.A. Feldbaum, A.A. Krasovský a ďalší.

Parametre systému sú určené minimalizáciou funkčnosti

kde V je vo všeobecnosti kvadratická forma.

Integrál I sa nachádza bez integrácie diferenciálnych rovníc systému.

Syntéza väzieb na základe amplitúdovo-fázových charakteristík korigovaných a nekorigovaných systémov bola navrhnutá v práci A.V. Fateeva.

A.V. Basharin vyvinul grafickú metódu syntézy nelineárnych riadiacich systémov, ktorú je možné aplikovať aj na systémy s premenlivými parametrami.

N.N. Sokolov študoval širokú škálu problémov pre syntézu linearizovaných automatických riadiacich systémov, pričom hlavná pozornosť bola venovaná metódam určovania referenčných prenosových funkcií. Prístupy k riešeniu problému syntézy regulátora a jeho uvedenie do algoritmu na výpočet parametrov korekčných obvodov pomocou lineárnych diferenciálnych operátorov v triede systémov s premenlivými parametrami študoval A.V. Solodov.

Inverzné problémy dynamiky systému predstavujú jednu z vedúcich oblastí analytickej mechaniky, ktorej podstatou je, že pri danom popise modelu dynamického systému je potrebné nájsť systém síl, ktorých pôsobenie generuje jeho pohyb s daným vlastnosti. Vzťah medzi problémom generovania špecifikovaných pohybov na výstupe riadeného dynamického systému a inverznými problémami dynamiky sa zaoberal L.M. Boychuk, A.A. Ževnin, K.S. Kolesnikov, A.P. Kriščenko, V.I. Toloknov, B.N. Petrov, P.D. Krutko, E.P. Popov, G.E. Pukhov, K.D. Zhuk, A.V. Timofeev a ďalší.

V dôsledku štúdia podmienok na potlačenie (parrying) vplyvu porúch na správanie sa riadiaceho objektu A.S. Vostrikov formuloval princíp lokalizácie ako štrukturálnu požiadavku na konštrukciu algoritmov na riadenie dynamických objektov, ktorých podstatou je zorganizovať špeciálny rýchly subsystém v riadiacom systéme, kde sú lokalizované poruchy, ktorých vplyv na správanie sa objektom treba čeliť. Metóda syntézy automatických riadiacich systémov, ktoré zabezpečujú tvorbu špecifikovaných indikátorov kvality prechodných procesov v podmienkach nekontrolovaných porúch založená na použití najvyššej derivácie spolu s veľkým ziskom v zákone spätnej väzby, bola navrhnutá v prácach A.S. Vostrikov a ďalej sa rozvíjala v lokalizačnej metóde. Okrem toho bol ako všeobecný metodický základ pre syntézu nelineárnych riadiacich systémov navrhnutý ako konštrukčná požiadavka na navrhnutý riadiaci systém princíp lokalizácie spočívajúci vo vytvorení špeciálneho rýchleho subsystému na potlačenie vplyvu signálových a parametrických porúch. . Štrukturálne znázornenie systémov, ktoré spĺňajú tento princíp, umožňuje vybrať obvod - „lokalizačný obvod“, pričom výpočet riadiaceho systému spočíva najmä v riešení dvoch problémov: návrhu referenčnej rovnice a stabilizácie rýchlych procesov v lokalizačnom obvode. Princíp lokalizácie je splnený Rôzne druhy systémy, najmä systémy s kĺzavými režimami, systémy s veľkými koeficientmi v zákone spätnej väzby, ako aj množstvo adaptívnych systémov a systémov podobných vlastnostiam adaptívnym.

V súčasnosti môžeme identifikovať niekoľko najrozvinutejších oblastí v teórii syntézy riadiacich systémov, ktoré umožňujú zabezpečiť tvorbu požadovaných ukazovateľov kvality prechodných procesov na základe výstupných premenných, ako aj ich nemennosť vzhľadom na premenlivé charakteristiky objektu a nekontrolované poruchy.

Dôležitým smerom je teória syntézy systémov s premenlivou štruktúrou a najmä riadiacich systémov s organizáciou kĺzavých režimov pohybu pozdĺž varieta špecifikovaného v stavovom priestore objektu. O základoch tohto smeru sa uvažovalo v dielach E.A. Barbashina, E.I. Geraščenko, S.M. Geraščenko, S.V. Emeljanová, B.N. Petrová, V.I. Utkin a boli ďalej rozvíjané v prácach mnohých výskumníkov. Tento smer sa v súčasnosti intenzívne rozvíja.

Systémy variabilnej štruktúry (VSS), zavedené do teórie a praxe automatického riadenia S.V. Emelyanov, nájsť veľký teoretický rozvoj a praktické uplatnenie. Hlavnou myšlienkou konštrukcie SPS je zorganizovať niekoľko štruktúr regulátora a zmeniť ich v procese riadenia objektu tak, aby sa čo najlepšie využili pozitívne vlastnosti každej zo štruktúr a získali nové pohyby systém, možno neobvyklý pre niektorú z jednotlivých štruktúr regulátora. V tomto prípade môže celý systém ako celok získať kvalitatívne nové vlastnosti.

O riešení kompenzačného problému vo forme funkčných mocninových radov uvažoval G. Van Trees. Skonštruoval tiež algoritmy na určovanie kompenzačných jadier v doprednom obvode a spätnoväzbovom obvode.

K.A. Pupkov, A.S. Juščenko a V.I. Kapalin systematicky a z jednotnej metodologickej pozície prezentoval teóriu nelineárnych systémov; Boli vyvinuté metódy syntézy regulátorov v triede nelineárnych systémov, ktorých správanie je opísané Volterrovým funkčným radom. Trieda systémov s náhodnými parametrami bola študovaná v prácach E.A. Fedosov a G.G. Sebrjakova a aplikácia teórie citlivosti v prácach R.M. Yusupova.

Aparatúra viacrozmerných impulzných prechodových funkcií (ITF), TF, frekvenčných charakteristík, ako aj viacrozmerných integrálnych Laplaceových a Fourierových transformácií umožnila O.N. Kiselev, B.L. Shmulyanu, Yu.S. Popkov a N.P. Petrova vyvinúť konštruktívne algoritmy na identifikáciu a optimalizáciu nelineárnych stochastických systémov vrátane syntézy regulátorov. Ya.Z. Tsypkin a Yu.S. Popkov uvažoval o metódach syntézy regulátorov v triede diskrétnych systémov.

A.S. Šatalov, V.V. Barkovský, V.N. Zakharov zvážil širokú škálu problémov o probléme syntézy automatických riadiacich systémov, výsledky sa odrážajú v ich prácach. Aparatúru inverzných úloh dynamiky regulovateľných systémov použil P.D. Krutkovi za syntetizovanie operátora spätnej väzby, ako aj na riešenie množstva iných problémov.

I.A. Orurk zvážil problém syntézy v nasledujúcej formulácii: parametre regulátora sú určené tak, že:

• 1) proces prechodu, ktorý sa týka súradnice x(t), bol reprodukovaný pri poruchách určitého typu; v tomto prípade krivka he(t), jej extrémne hodnoty, rýchlosť a čas procesu prechodu musia byť reprodukované s prijateľnou chybou;
• 2) bol zabezpečený daný stupeň stability a oscilácie systému. Konštruktívne algoritmy na syntézu regulátorov pre širokú triedu systémov s použitím matematického programovacieho aparátu navrhol I.A. Diduk, A.S. Orurkom, A.S. Konovalov, L.A. Osipov.

V.V. Solodovnikov, V.V. Semenov a A.N. Dmitriev vyvinul spektrálne metódy na výpočet a navrhovanie automatických riadiacich systémov, ktoré umožňujú zostaviť konštruktívne algoritmy na syntézu regulátorov, V.S. Medvedev a Yu.M. Astapov zvažoval algoritmy na nájdenie referenčných PF pod náhodnými vplyvmi, ako aj metódy na syntézu korekčných zariadení pomocou logaritmických frekvenčných charakteristík na základe daných vlastných hodnôt matice lineárneho systému riadenia objektov pomocou kvadratického kritéria kvality.

IN AND. Sivtsov a N.A. Chulin získal výsledky, ktoré umožňujú riešiť problémy automatizovanej syntézy riadiacich systémov na základe frekvenčnej metódy; V.A. Karabanov, Yu.I. Borodin a A.B. Ionnisian zvážil niektoré problémy zovšeobecnenia frekvenčnej metódy na triedu nestacionárnych systémov. V dielach E.D. Teryaeva, F.A. Michajlova, V.P. Buleková a ďalší uvažovali o problémoch syntézy nestacionárnych systémov.

Problém syntézy regulátorov vo viacrozmerných systémoch je mimoriadne zložitý. V prácach, ktoré uvažujú o riešiteľnosti úlohy syntézy regulátora pri splnení známych požiadaviek, sa získajú zodpovedajúce podmienky riešiteľnosti (R. Brockett, M. Mesarovič). V.V. Solodovnikov, V.F. Biryukov, N.B. Filimonov získal výsledky zamerané na riešenie problémov syntézy regulátorov v triede viacrozmerných systémov; navrhli kritérium kvality, ktoré primerane odráža dynamické správanie viacrozmerných systémov; sú formulované podmienky, za ktorých je problém syntézy riešiteľný. Cenné výsledky dosiahli A.G. Alexandrov. Mnohí autori (B. Anderson, R. Scott atď.) uvažovali o prístupe založenom na „modelovej korešpondencii“ syntetizovaného systému a požadovaného modelu. V rovnakom duchu, využívajúc metódu stavového priestoru, sú práce B. Moorea, L. Silvermana, W. Wonema, A. Morsea a ďalších Používa sa „geometrický prístup“, ktorý uvažujú W. Wonem a D. Person.

Jedným z problémov spojených so syntézou regulátorov v triede viacrozmerných systémov je problém „odpojenia“ kanálov. V súlade s riešením tohto problému sú diela E. Gilberta, S. Wanga, E. Davisona, V. Volovicha, G. Bengstona a iných.

Problematika syntézy regulátorov vo viacrozmerných systémoch s použitím rôznych prístupov je prezentovaná v prácach E.M. Smagin, X. Rosenbrock, M. Yavdan, A.G. Alexandrova, R.I. Ivanovský, A.G. Taranova.

S. Kant a T. Kalat študovali „problém minimálneho dizajnu“. Problémy súvisiace s diagonálnou dominanciou študoval O.S. Sobolev, X. Rosenbrock, D. Hawkins.

Práce M.V. sú venované určitým otázkam problému syntézy viacrozmerných systémov. Meerová, B.G. Ilyasova. V diele E.A. Fedosov považoval za sľubné metódy navrhovania viacrozmerných dynamických systémov.

Moderné obdobie rozvoja teórie riadenia je charakteristické formulovaním a riešením problémov, ktoré zohľadňujú nepresnosť našich poznatkov o objektoch riadenia a vonkajších poruchách, ktoré na ne pôsobia. Problémy syntézy regulátora a odhadu stavu s prihliadnutím na neistotu v modeli závodu a charakteristiku vstupných vplyvov patria k ústredným problémom modernej teórie riadenia. Ich význam je spôsobený predovšetkým tým, že takmer v každom inžinierskom probléme navrhovania automatického riadiaceho systému existuje neistota v objektovom modeli a v znalosti triedy vstupných porúch.

Knihy I.V. sa venujú riešeniu problémov teórie automatického riadenia, ktoré určujú pokrok vedy o riadení v posledných desaťročiach. Miroshnik, V.O. Nikiforov a A.L. Fradková, B.R. Andrievsky a A.L. Fradková, S.V. Emelyanov a S.K. Korovina, V.N. Afanasyeva, V.B. Kolmanovský a V.R. Nosová.

Monografia V.D Yurkevicha je venovaná problémom syntézy kontinuálnych a diskrétnych automatických riadiacich systémov v podmienkach neúplných informácií o vonkajších nekontrolovaných poruchách s premenlivými parametrami riadiaceho objektu.

Nové prístupy sa odrážajú v monografii V.A. Podchukaev, kde sa riešenie problémov syntézy získalo v explicitnej forme (v analytickej forme) bez použitia akýchkoľvek iteračných alebo vyhľadávacích postupov.

Charakterizujúce výsledky moderná scéna vývoj dôležitých smerov v teórii automatického riadenia, ktoré získal E.A. Fedošov, G.G. Sebrjakov, S.V. Emelyanov, S.K. Korovin, A.G. Butkovský, S.D. Zemlyakov, I.E. Kazakov, P.D. Krutko, V.Yu. Butkovský, A.S. Juščenko, I.B. Yadykin a ďalší.

Treba poznamenať, že učebnice vydané v posledných rokoch sa spravidla dotýkajú iba určitých aspektov modernej teórie. Niektoré informácie možno získať z článkov a recenzií v ruštine, ale to všetko poskytuje iba mozaikový obraz témy. V knihe B.T. Polyak a P.S. Shcherbakov „Robust stability and control“ poskytuje systematickú prezentáciu modernej teórie riadenia.

V posledných desaťročiach bolo publikovaných množstvo monografií a článkov súvisiacich s úvahami o takých problémoch, ako je aplikácia geometrických metód v teórii systémov, teória katastrof a teória chaosu, adaptívne a robustné riadenie, trieda inteligentných systémov a neuropočítače atď.

Zavádza sa pojem bifurkácie, zvažujú sa zodpovedajúce definície, určujú sa body bifurkácie pre triedu operátorov, t.j. body, v ktorých v rovnici s príslušným operátorom nastáva zrod nového, netriviálneho riešenia tejto rovnice. Ukazuje sa tiež, že chaotické správanie dynamických systémov je determinované vysokou citlivosťou na počiatočné podmienky a nemožnosťou predpovedať správanie vo veľkom časovom intervale.

Zohľadňujú sa niektoré ustanovenia robustnej kontroly. Dizajnér často nemá kompletné informácie o objektových modeloch, t.j. tieto obsahujú neistoty, a teda existujú informačné obmedzenia, napríklad pri navrhovaní nových technologických procesov, objektov novej technológie a pod. Fenomén neistoty môže byť generovaný neznámymi parametrami objektu, nepresne známymi nelineárnymi charakteristikami matematických model, nemerané vonkajšie poruchy a pod. Ak metódy klasickej teórie riadenia vychádzajú z predpokladu, že všetky charakteristiky riadeného procesu sú vopred známe, a preto je možné použiť zákon riadenia špecifikovaný v explicitnej forme, potom za podmienok neistoty úloha zabezpečiť požadovanú kvalitu kontroly je zabezpečená použitím robustných metód kontroly.

Pri návrhu systémov automatického riadenia sa často využíva adaptačná vlastnosť, kedy sa nedostatočná miera apriórnej informácie kompenzuje spracovaním aktuálnych informácií pomocou vhodných algoritmov. Systémy, ktoré majú vlastnosť adaptácie (čo umožňuje skrátiť čas potrebný na ich návrh, uvedenie do prevádzky a testovanie), sa nazývajú adaptívne.

Berúc do úvahy vyššie uvedené, môžeme nastoliť otázku riešenia optimalizačného problému za podmienok neúplných apriórnych informácií (adaptívne optimálne riadenie).

Štúdium teórie automatického riadenia bez zohľadnenia fyzikálnych procesov vyskytujúcich sa v navrhovanom systéme môže viesť k úplnej bezradnosti pri formulovaní a riešení praktických problémov. Štúdiu a uplatneniu sa preto venuje veľká pozornosť numerické metódy na štúdium a syntézu pomerne zložitých automatických systémov s cieľom poskytnúť predstavu o skutočne používaných algoritmoch a konceptoch, ako je správnosť, stabilita a podmienenosť výpočtových schém.

Testovacie otázky na prednášku 2

Vetracie systémy. Vetracie systémy sú navrhnuté tak, aby zabezpečili normálny sanitárny a hygienický stav vzduchu vo výrobných priestoroch. V závislosti od vykonávaných funkcií napájacie a výfukové systémy, ako aj systémy vzduchových tepelných clôn.

Obr. 5.11 Schéma automatizácie procesnej jednotky

Sekcia 5. Prednáška 2. Tradičné metódy syntézy automatických riadiacich systémov

Bespalov A.V., Kharitonov N.I. Systémy riadenia chemicko-technologických procesov. – M.: ICC “Akademkniga”, 2007. – 690 s.

Phillips Ch., Harbour R. Systémy kontroly spätnej väzby. – M.: LBZ, 2001. – 616 s.

Dorf R., Bishov R. Moderné systémy zvládanie. – M.: LBZ, 2002. – 832 s.

Besekersky V.A., Popov E.P. Teória automatických riadiacich systémov. – Petrohrad: Profesia, 2003. – 752 s.

Galperin M.V. Automatické ovládanie. – M.: FÓRUM: INFRA-M, 2004.-224 s.

Teória automatického riadenia/S.E. Dushin, N.S. Zotov, D.Kh. Imaev a kol. absolventská škola, 2005.- 567 s.

Teória automatického riadenia/V.N. Brjuchanov, M.G. Kosov, S.P. Protopopov a ďalší - Vyššia škola M., 2000. - 268 s.

Bibliografia

Kedy je opodstatnené zahrnúť mikroprocesorový systém do meracieho systému?

Čo rieši mikroprocesorový systém ako súčasť meracích systémov?

Čo je mikrokontrolér?

Čo je súprava mikroprocesora?

Čo je mikropočítač?

Čo je mikroprocesorový systém?

8. Čo je hlavnou úlohou dozorného manažmentu?

9. Čo je priamo hlavnou úlohou? digitálne ovládanie?

3. Metódy klasickej a modernej teórie automatického riadenia. T.3. Metódy modernej teórie automatického riadenia / Ed. N.D. Egupovej. – M.: MVTU, 2000. – 748 s.

8.Ulyanov V.A., Leushin I.O., Gushchin V.N. Technologické merania, automatizácia a riadenie v technické systémy. Časť 1. - N. Novgorod: NSTU, 2000. – 336 s.

9.Ulyanov V.A., Leushin I.O., Gushchin V.N. Technologické merania, automatizácia a riadenie v technických systémoch. Časť 2. - N. Novgorod: NSTU, 2002. – 417 s.

Syntéza automatických riadiacich systémov sa chápe ako riadený výpočet, ktorého konečným cieľom je nájsť racionálnu štruktúru systému a stanoviť optimálne hodnoty parametrov jeho jednotlivých článkov. V súčasnosti existujú rôzne názory na základy syntézy.

Syntézu možno interpretovať ako príklad variačného problému a môžeme uvažovať o takej systémovej konštrukcii, v ktorej je pre dané prevádzkové podmienky (riadiace a rušivé vplyvy, rušenie, obmedzenia prevádzkovej doby a pod.) zabezpečená teoretická minimálna chyba.

Syntéza môže byť tiež interpretovaná ako inžinierska úloha, ktorá spočíva v skonštruovaní systému takým spôsobom, aby boli splnené technické požiadavky naň. Dôsledkom je, že z mnohých možné riešenia inžinier navrhujúci systém vyberie tie, ktoré sú optimálne z hľadiska existujúcich špecifických podmienok a požiadaviek na rozmery, hmotnosť, jednoduchosť, spoľahlivosť a pod.

Niekedy sa pojmu inžinierska syntéza pripisuje ešte užší význam syntéza sa uvažuje s cieľom určiť typ a parametre korekčných prostriedkov, ktoré je potrebné pridať do niektorej nezmenenej časti systému (objekt s riadiacim zariadením); poskytujú požadované dynamické vlastnosti.

Pri inžinierskej syntéze automatických riadiacich systémov je potrebné zabezpečiť po prvé požadovanú presnosť a po druhé prijateľnosť prechodných procesov.

Riešenie prvého problému vo väčšine prípadov spočíva v určení požadovaného koeficientu prenosu systému s otvorenou slučkou a v prípade potreby typu korekčných prostriedkov, ktoré zvyšujú presnosť systému (kombinované riadenie, izodromické mechanizmy atď.). ) Tento problém možno vyriešiť identifikáciou chýb v typických režimoch na základe kritérií presnosti.

Riešenie druhého problému – zabezpečenie prijateľných prechodných procesov – sa takmer vždy ukazuje ako náročnejšie z dôvodu veľkého množstva premenných parametrov a nejednoznačnosti riešenia problému tlmenia systému.

Koreňová metóda. Existuje charakteristická rovnica systému

Z hľadiska najrýchlejšieho útlmu prechodového procesu je dôležité, aby skutočné časti koreňov charakteristickej rovnice boli najväčšie. Súčet reálnych častí všetkých koreňov sa číselne rovná prvému koeficientu charakteristickej rovnice. Preto sa pre danú hodnotu tohto koeficientu získajú najpriaznivejšie výsledky, keď sa skutočné časti všetkých koreňov rovnajú, čo však nie je reálne. Výpočty ukazujú, že z celkového počtu koreňov charakteristickej rovnice možno vždy vybrať dva alebo tri korene s nižšou absolútnou hodnotou reálnej časti, ktoré určujú priebeh hlavného procesu. Zvyšné korene sa vyznačujú rýchlo sa rozpadajúcimi zložkami, ktoré ovplyvňujú iba počiatočnú fázu procesu prechodu.

Je vhodné znázorniť predchádzajúcu rovnicu vo forme

Druhý faktor určí hlavnú povahu procesu. Pre zníženie chýb navrhnutého systému je dôležité, aby koeficient v hlavnom multiplikátore bol čo najväčší. Nadmerné zvýšenie však vedie k oscilačnému charakteru procesu prechodu. Optimálny vzťah medzi koeficientmi a je určený z podmienky získania útlmu pre jednu periódu ξ = 98 %, čo zodpovedá výrazu , kde sú obe reálnou aj imaginárnou časťou komplexného koreňa charakterizujúceho hlavný proces. Odtiaľto môžete získať.

Násobiteľ, ktorý určuje vzťah medzi koeficientmi hlavného faktora charakterizačnej rovnice, je kritériom pre prechodový režim v závislosti od zvoleného stupňa útlmu.

Syntéza riadiaceho systému začína nájdením charakteristickej rovnice pre vybraný štruktúrny diagram a zavedením korekčných prostriedkov. Potom sa parametre hlavného kanála a korekčných prostriedkov menia takým spôsobom, aby sa získala požadovaná hodnota koeficientov charakteristickej rovnice.

Táto metóda sa ukazuje ako celkom efektívna v prípade relatívne nízkeho stupňa charakteristickej rovnice (=2-4). Nevýhodou tejto metódy je aj to, že je potrebné špecifikovať druh korekčných prostriedkov.

Metóda koreňového hodografu. Kvalitu riadiaceho systému z hľadiska rozpätia rýchlosti a stability možno charakterizovať umiestnením koreňov čitateľa a menovateľa prenosovej funkcie systému uzavretej slučky, t.j. umiestnenie núl a pólov prenosovej funkcie.

Poznaním týchto koreňov sa môžeme vyhnúť ich umiestneniu na komplexnej koreňovej rovine. Pri výpočte systému je vhodné sledovať, ako sa mení celkový obraz o umiestnení koreňov pri zmene jednotlivých parametrov, napríklad koeficient prenosu systému s otvorenou slučkou, časové konštanty korekčných obvodov atď. aby sa stanovili optimálne hodnoty týchto parametrov.

Keď sa hodnota ktoréhokoľvek parametra plynule zmení, korene sa budú striedať v rovine koreňov a vykreslia určitú krivku, ktorú budeme nazývať koreňový hodograf alebo cesta ku koreňom. Po skonštruovaní trajektórií všetkých koreňov si môžete vybrať hodnotu premenného parametra, ktorá zodpovedá najlepšiemu umiestneniu koreňov.

Korene možno vypočítať pomocou štandardné programy pre digitálne stroje so zobrazením koreňovej trajektórie na displeji.

Štandardná metóda prechodovej odozvy. Na získanie požadovaných hodnôt koeficientov prenosovej funkcie systému s otvorenou slučkou môžete použiť štandardné prechodové charakteristiky. Pre väčšiu všeobecnosť sú tieto charakteristiky konštruované v štandardizovanej forme. V tomto prípade je relatívny čas vynesený pozdĺž časovej osi, kde je geometrický stredný koreň charakteristickej rovnice, ktorá určuje výkon systému.

Pri konštrukcii štandardných prechodových charakteristík je potrebné špecifikovať určité rozdelenie koreňov charakteristickej rovnice.

Metóda logaritmických amplitúdových charakteristík. Charakteristiky logaritmickej amplitúdy sú najvhodnejšie na účely syntézy, pretože konštrukcia LAC sa spravidla dá vykonať takmer bez výpočtovej práce. Obzvlášť vhodné je použiť asymptotické LAC.

Proces syntézy zvyčajne zahŕňa nasledujúce operácie:

o výstavba požadovaného LAX;

o výstavba dostupných LAH;

o určenie typu a parametrov korekčného zariadenia;

o technická implementácia nápravných zariadení;

o overovací výpočet a konštrukcia prechodového procesu.

Syntéza je založená na nasledujúcich ukazovateľoch kvality:

¨ prekmit s jednokrokovou akciou na vstupe;

¨ čas prechodu;

¨ chybovosti.

Syntéza ACS metódou logaritmických amplitúdových charakteristík je v súčasnosti jednou z najpohodlnejších a najintuitívnejších. Najťažším bodom pri výpočte pomocou metódy logaritmických amplitúdových charakteristík je vytvorenie spojenia medzi indikátormi kvality prechodného procesu a parametrami požadovaného LAC, čo sa vysvetľuje pomerne zložitým vzťahom medzi prechodným javom. lineárny systém a jeho frekvenčné vlastnosti Úloha konštrukcie požadovaného LAC sa výrazne zjednoduší, ak namiesto hodnotenia kvality prevádzky systému. kroková odozva prejsť na priame hodnotenie kvality na základe jeho frekvenčných vlastností.

Syntéza automatických riadiacich systémov na základe kritérií kvality frekvencie. Na posúdenie kvality akéhokoľvek riadiaceho systému, vrátane sledovacieho systému, je potrebné poznať jeho presnosť, charakterizovanú chybami v niektorých typických režimoch, výkon, určený schopnosťou systému pracovať pri vysoké rýchlosti a zrýchlenie vstupného vplyvu alebo rýchlosti prechodných procesov a rozpätie stability ukazujúce tendenciu systému oscilovať. V súlade s tým môžeme hovoriť o kritériách presnosti, výkonnostných kritériách a kritériách rozpätia stability. Pri použití frekvenčných kritérií je potrebné vychádzať z určitých frekvenčných vlastností systému.

Pri hodnotení presnosti podľa chýb pri reprodukcii harmonického vstupného efektu je možné súčasne vyhodnocovať a výkon zlúčiť do jedného kritéria pre dynamickú presnosť riadiaceho systému. Chyba servosystému neznamená skutočný nesúlad medzi hlavnou a výkonnou osou, ale iba signál nesúladu zistený citlivým prvkom.

Hardvérová syntéza automatických a automatizovaných riadiacich systémov tradičné metódy obsahuje nasledujúcu sadu nástrojov: snímače, prevodníky, mastery, regulátory, zosilňovače, akčné členy a regulátory.

V dielňach s vykurovacími a taviacimi jednotkami sa na rekuperáciu tepla často používajú rôzne typy kotlov. Bezpečnosť kotla a dodržiavanie požiadaviek technického dozoru sa vykonáva riešením nasledujúcich úloh:

· automatické blokovanie odtoku vody z kotla pri poklese hladiny kvapaliny a tlaku vody na prijateľnú hranicu;

· duplikovanie kontroly hladiny vody v kotle pomocou spoľahlivých automatizačných nástrojov;

· používanie ovládacieho zariadenia, ktoré v prípade potreby umožňuje prepnutie na manuál diaľkové ovládanie jednotka;

· vydávanie núdzového zvukového signálu pri aktivácii uzatváracieho ventilu;

· svetelná signalizácia odchýlok od normy jednotlivých regulovaných veličín.

Automatické riadenie hladiny vody v navrhovanom automatizovanom riadiacom systéme sa vykonáva pomocou moderného zariadenia komplexu „Kontur - 2“, ktorý vyrába OJSC „MZTA“ (Moskva).

Pre automatickú kontrolu tlaku a hladiny sa používajú meracie prevodníky typu Sapphire-22 M rôznych modifikácií a dvojkanálové sekundárne zariadenia typu TRMO-PIC série Euro, vyrábané firmou OWEN (Moskva). Takéto zariadenia môžu pracovať so štandardizovanými snímačmi elektrické signály, sú vybavené digitálnymi indikátormi a majú zabudované napájacie zdroje pre meracie prevodníky.

Použitie osemkanálového sieťového adaptéra AC2 zaisťuje spárovanie zariadení typu TRMO-PIC so sériovým COM portom počítača kompatibilného s IBM. Na prenos informačných signálov sa používa komunikačné rozhranie RS-232 (obr. 5.11).

Špecifikácia použitých automatizačných nástrojov je uvedená v tabuľke. 5.1.

Problematike automatizácie teplovodných kotlov, vykurovacích miest a systémov diaľkového vykurovania sa v poslednom čase venuje vážna pozornosť. Bez toho nie je možné nepretržité a kvalitné zásobovanie teplom priemyselným podnikom a spotrebiteľom v bytovom a komunálnom sektore.

Tabuľka 5.1 Špecifikácia použitého zariadenia

Syntézou sa rozumie konštrukcia, tvorba, návrh, konfigurácia optimálneho systému vo vzťahu k jeho parametrom. Syntézu preto vykonávajú dizajnéri a tvorcovia ACS. Pri prevádzke už vytvorených systémov, napríklad komerčne vyrábaných, môžeme o úprave parametrov hovoriť až vtedy, keď systém z jedného alebo druhého dôvodu opustí požadované režimy.

Metódy syntézy

1. Pri tvorbe automatického riadiaceho systému na požadovaný účel sa v prvom rade dbá na to, aby svoje riadiace a regulačné funkcie plnil s určenou presnosťou a mal optimálnu skladbu z hľadiska technicko-ekonomických ukazovateľov. elementová základňa(zosilňovače, regulátory, meniče, motory, snímače atď.) tak, aby poskytoval potrebný výkon, rýchlosť, momenty pohybu, bol jednoduchý, spoľahlivý, ľahko ovládateľný a ekonomický.

V tejto fáze možno otázky dynamiky brať do úvahy iba v hrubom priblížení, napríklad nevyberajte prvky, ktoré sú zjavne nestabilné, s veľkými časovými konštantami, rezonančné atď.

2. Otázky zabezpečenia statických charakteristík, presnosti spracovania zadaných príkazov a vysokých technicko-ekonomických ukazovateľov sú pre technologické procesy a ekonomiku ústredné a najťažšie riešiteľné. Preto aj napriek tomu, že bez dobrá kvalita dynamické režimy ACS nebudú uvedené do prevádzky, syntéza jeho štruktúry na zabezpečenie požadovaných režimov sa vykonáva v druhej etape, kedy je vopred stanovený funkčný diagram, skladba prvkov a parametre systému. Nie je možné efektívne kombinovať obe fázy.

Vo všeobecnosti je ACS navrhnutý v prvej fáze zvyčajne viacokruhovou štruktúrou s komplexnou prenosovou funkciou, ktorej analýza dáva neuspokojivé výsledky z hľadiska kvality prechodných procesov. Preto je potrebné ho zjednodušiť na požadované vlastnosti a upraviť.

Syntéza automatických riadiacich systémov požadovanej kvality

Syntéza systému sa musí uskutočniť zmenou štruktúry, aby vyhovovala nevyhnutné požiadavky. Charakteristiky systému, ktoré spĺňajú požiadavky, sa nazývajú požadované charakteristiky, na rozdiel od dostupných, ktoré má pôvodný suboptimálny systém.

Základom pre konštrukciu požadovaných charakteristík sú požadované systémové ukazovatele: stabilita, rýchlosť, presnosť atď. Keďže logaritmické frekvenčné charakteristiky sú najrozšírenejšie, budeme uvažovať o syntéze automatických riadiacich systémov podľa požadovaný LACCH a LFCHH.

1. Konštrukcia požadovaných charakteristík začína stredofrekvenčnou sekciou, ktorá charakterizuje stabilitu, výkon a tvar prechodového procesu systému. Jeho poloha je určená medznou frekvenciou tekutiny. (obr. 1.8.1).

Medzná frekvencia je určená požadovaným prechodným časom procesu tpp a prípustným prekmitom:

Obr.2.

• 2. Cez bod c nakreslite stredofrekvenčnú asymptotu požadovaných charakteristík so strmosťou 20 dB/dec (obr. 1.8.1.).
• 3. Nájdite nízkofrekvenčnú zložku pomocou 2.

Faktor kvality systému je zvyčajne nastavený rýchlosťou Dск a zrýchlením Dск.

Nájdenie frekvencie

Priesečník tejto asymptoty so strednou frekvenciou ju obmedzuje vľavo pri konjugovanej frekvencii.

4. Väzbová frekvencia 3 je zvolená tak, aby 3/ 2 = 0,75 alebo lg 3-lg 2 = 0,7 dec, čím sa zabezpečia podmienky stability.

Táto podmienka zohľadňuje tieto pomery:

ktorý možno použiť aj na obmedzenie stredofrekvenčnej asymptoty.

Ak explicitne neexistujú žiadne obmedzenia, vyberte z podmienok 2 a 3 (obr. 1.8.1, b)

L2=(616)dbLc(c)=-(616)db(1.8.4)

Zväčšiť plochu 3 - 2 je nepraktické.

5. Nájdite nízkofrekvenčnú zložku s 1. Na základe faktora kvality rýchlosti určíme zosilnenie

Dsk=Ksk.(1.8.5)

Na frekvenčnú os vynesieme Ksk, cez tento bod nakreslíme asymptotu so sklonom 20 dB/dec a skončíme v priesečníku s druhou asymptotou. Priesečníkom je nízkofrekvenčná zložka c 1.

6. Skontrolujte rezervu fázovej stability

fáza na medznej frekvencii c by nemala prekročiť - so zárukou 45.

7. Skontrolujeme, či sú splnené podmienky na to, aby sa požadovaný LFC nedostal do zakázanej zóny (obr. 1.8.1, a).

a LK=20lgKsk, (1.8.7)

kde Ksk= je faktor kvality zisku alebo rýchlosti systému s otvorenou slučkou.