6-3. СТАБИЛИЗАЦИЯ ПУТЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ КОРРЕКЦИИ

Если замкнутая система после первоначального ориентировочного выбора ее параметров оказалась неустойчивой, то следующим шагом в ее проектировании является ее стабилизация. Обычно для стабилизации сначала пытаются, не изменяя структуры системы, выбирать некоторые ее настраиваемые параметры так, чтобы они находились внутри области устойчивости достаточно далеко от ее границ. Для этой целй удобно воспользоваться построением областей устойчивости в плоскости настраиваемых параметров. Если же такая стабилизация не удается, то переходят к видоизменению структуры системы. Для этого обычно вводят в нее дополнительные корректирующие (стабилизирующие) звенья.

Далее в гл. 8 рассматриваются методы синтеза корректирующих цепей достаточно сложной конфигурации, с помощью которых достигается не только стабилизация, но и улучшение качественных показателей процесса регулирования. Однако на первом этапе часто оказывается удобнее добиваться с помощью сравнительно простых корректирующих цепей только обеспечения устойчивости, перенося задачу улучшения качества процесса на последующий этап синтеза. Поэтому сначала целесообразно рассмотреть на более простых примерах, как влияют на устойчивость те или иные простейшие корректирующие цепи.

Одним из наиболее простых способов коррекции является последовательная коррекция, при которой корректирующее звено включается в разомкнутую нескорректированную цепь (в которую могут входить как объект, так и основная часть регулятора) последовательно, после чего цепь замыкается единичной отрицательной обратной связью.

Пусть нескорректированная разомкнутая система устойчива, но замкнутая — неустойчива и частотная характеристика разомкнутой системы охватывает точку (рис. 6-10).

Один из способов стабилизации состоит во введении воздействий по производным. Физически это поясняет рис. 6-11, где показана кривая переходного процесса в инерционном объекте.

В точках А и В отклонения от заданного значения одинаковы, но в точке А объект по инерции удаляется от заданного состояния, а в точке В приближается к нему. Естественно потребовать, чтобы воздействие регулятора на уменьшение отклонения в точке А было сильнее, чем в точке В, чтобы оно могло преодолеть тенденцию объекта к удалению от состояния . В точке В регулятор или должен действовать слабее, поскольку объект сам стремится к состоянию или даже притормаживать процесс, не давая ему пройти через в противоположную сторону по инерции.

Рис. 6-10.

Рис. 6-11.

Образно регулятор, действующий только по отклонению, т. е. реагирующий только на прошлое и настоящее, напоминает шофера, управляющего машиной, не глядя на дорогу впереди (утрированно — смотрящего только в боковое и заднее окно). Введение производной, позволяющей определить тенденцию системы, т. е. прогнозировать ее поведение на ближайшее будущее, до известной степени равносильно тому, что шофер начинает смотреть в переднее окно.

Введение производной можно осуществить последовательным включением форсирующего звена с передаточной функцией

в идеальном случае и

при наличии инерционного запаздывания в реальном звене. Каждый из векторов частотной характеристики разомкнутой системы повернется в результате этого на угол

Если поворот происходит против часовой стрелки. Если при этом

то результирующая характеристика, показанная на рис. 6-9 штриховой линией, не будет охватывать точки и замкнутая система станет устойчивой. При этих условиях рассмотренная коррекция стабилизирует систему. Конечно, возможно это не всегда. Ограниченность метода иллюстрировать примером 2, рассмотренным в § 6-2.