Улучшение качества процесса регулирования. Корректирующие устройства САР.

Под улучшением качества процесса автоматического регулирования, помимо повышения точности в типовых режимах, понимается изменение динамических свойств автоматической системы с целью получения необходимого запаса устойчивости и быстродействия.

Повышение запаса устойчивости автоматической системы осуществляется при помощи так называемых корректирующих устройств.

При решении задач повышения запаса устойчивости проектируемой автоматической системы прежде всего необходимо попытаться рациональным образом изменить ее параметры (коэффициенты усиления и постоянные времени) так, чтобы удовлетворять требованиям качества регулирования, которые определяются критериями качества. При невозможности решить эту задачу в рамках имеющейся автоматической системы приходится идти на изменение ее структуры. Для этой цели обычно используется введение в автоматическую систему так называемых корректирующих средств, которые должны изменить динамику всей автоматической системы в нужном направлении. К корректирующим средствам относятся, в частности, корректирующие звенья, представляющие собой динамические звенья с определенными передаточными функциями.

Одним из приемов обеспечения устойчивости и запаса устойчивости автоматической системы является введение в нее дополнительного элемента, который исправляет, корректирует свойства исходной автоматической системы, и называется корректирующим элементом.

Если этот элемент достаточно сложен, то он называется корректирующим устройством. Т.о. корректирующее устройство - это функциональный элемент автоматической системы, обеспечивающий требуемые для нее потребительские качества.

Существует три основных типа корректирующих устройств - последовательное, параллельное и обратная связь. Использование того или иного типа корректирующих устройств определяется удобством их технической реализации.

К основным корректирующим устройствам относятся:

Пассивные корректирующие устройства - это такие устройства, которые не требуют подвода энергии из вне автоматической системы;

Активные корректирующие устройства - это такие устройства, для нормального функционирования которых требуется подвод энергии от постороннего источника.

Последовательные корректирующие устройства могут составляться из различных по своей физической природе элементов - электрических, механических, гидравлических и т.д. Существует весьма большое количество пассивных последовательных корректирующих звеньев

Дифференцирующее подавляют низкие частоты и вносят положительный фазовый сдвиг. Подавление низких частот обычно ухудшает показатели работы автоматической системы, снижает общий коэффициент усиления и увеличивает ошибки автоматического регулирования

Интегро-дифференцирующее подавляют усиление в некотором интервале средних частот, а вносимый фазовый сдвиг вначале отрицателен, а затем с ростом частоты становится нулевым на частоте среза. При дальнейшем росте частоты фазовый сдвиг становится положительным

Интегрирующее подавляют усиление на высоких частотах и вносят в некотором интервале частот отрицательный фазовый сдвиг

Фазосдвигающее вносят отрицательный фазовый сдвиг при равенстве единице модуля частотной передаточной функции, что соответствует прохождению гармонического сигнала любой частоты без изменения его амплитуды

Антивибратор по своим свойствам противоположны консервативному звену и на некоторой частоте имеют модуль коэффициента усиления, равный нулю

Недостатки последовательных корректирующих устройств: - недостаточная эффективность работы; - дифференцирующие RC-цепочки чувствительны к помехам.

Параллельные корректирующие устройства удобно применять в тех случаях, когда необходимо осуществить сложный закон автоматического регулирования с введением интегралов и производных от сигнала ошибки.

Введение производных и интегралов в закон автоматического регулирования предназначается для улучшения динамических качеств автоматической системы. Введение интегралов преследует цель снижения установившейся ошибки. Введение производных преследует обычно цель обеспечения устойчивости. В этом случае используются звенья дифференцирующего типа, включаемые параллельно основной цепи.

Порядок операций для определения передаточной функции параллельного корректирующего устройства: - строится ЛАЧХ той части автоматической системы, схема и параметры которой предполагается заданными; - строится желаемая ЛАЧХ автоматической системы; - строится ЛАЧХ корректирующего устройства и изменяемой части автоматической системы; - уточняется функциональная схема автоматической системы и корректирующих устройств; - проверяется эффективность работы модернизированной автоматической системы.

Преимущества параллельных корректирующих устройств: - динамические свойства автоматической системы мало зависят от изменения характеристик отдельных звеньев; - малое влияние помех на качество работы автоматической системы; - высокая эффективность работы корректирующих устройств.

Недостатки параллельных корректирующих устройств: - дорогие и громоздкие элементы; - высокие коэффициенты усиления.

Обратная связь находит наиболее широкое применение вследствие простоты технической реализации. Это объясняется тем обстоятельством, что на вход обратной связи поступает сигнал сравнительно высокого уровня, часто даже непосредственно с выхода автоматической системы, промежуточного серводвигателя или выходного каскада усиления. Другое не менее важное обстоятельство заключается в том, что корректирующие устройства различного типа оказывают различное влияние на содержащиеся в автоматической системе нелинейности.

Коррекция с помощью обратных связей имеет следующие достоинства: 1) уменьшается зависимость показателей качества автоматической системы от изменения параметров ее элементов, поскольку в существенном диапазоне частот передаточная функция участка автоматической системы, охваченного обратной связью, определяется обратной величиной передаточной функции параллельного корректирующего устройства; 2) нелинейные характеристики элементов, охваченных обратной связью, «линеаризуются», так как передаточные свойства охваченного участка системы определяются параметрами контура в цепи обратной связи; 3) параллельное корректирующее устройство работает при меньшем уровне помех, чем последовательное, так как сигнал, поступающий на нeгo, проходит через всю систему, являющуюся хорошим фильтром нижних частот.

недостатки: 1) параллельные корректирующие устройства часто представляют собой дорогие или громоздкие элементы (например, тахогенереторы, дифференцирующие трансформаторы).