ГЛАВА V. МЕТОДЫ ДИСКРЕТНОЙ КОРРЕКЦИИ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ

5.1. Синтез и критерии синтеза

В предыдущих главах в основном рассматривались вопросы анализа импульсных систем. Основная цель этого анализа заключалась в исследовании устойчивости и качества системы при воздействии на нее известных входных сигналов или возмущений. Содержанием настоящей и следующей главы является рассмотрение задач синтеза, критериев проектирования и различных методов синтеза. В частности, в данной главе непосредственно рассматриваются задачи дискретной коррекции заданной линейной импульсной системы. Термин «дискретный» используется для обозначения как цифровых корректирующих устройств, так и непрерывных корректирующих устройств, включающих в себя несколько элементов запаздывания.

Сущность синтеза импульсных систем регулирования заключается в правильном выборе и сочетании физически реализуемых функциональных устройств для выполнения определенной задачи. При проектировании импульсных систем нас интересуют главным образом критерии синтеза и наиболее простые средства коррекции.

Прежде чем перейти к детальному рассмотрению синтеза импульсных систем, целесообразно рассмотреть природу импульсного регулирования. Считается, что квантование по времени вводится в систему регулирования вследствие физической необходимости или других причин, из-за которых импульсный принцип регулирования становится желательным, таких, например, как применение цифровых вычислительных машин в системах регулирования. Импульсные системы, так же как непрерывные, предназначены для регулирования некоторого физического процесса, который чаще всего является непрерывным. Отсюда следует, что оценка эффективности процесса в импульсной системе регулирования только на основе поведения системы в моменты съема совершенно недостаточна. Точно так же проектирование системы на основе ее поведения только в моменты съема

(методом -преобразования) не всегда может обеспечить требуемых характеристик ввиду возможных скрытых колебательных явлений. Метод модифицированного -преобразования устраняет это ограничение и позволяет определить поведение системы между моментами съема. Вследствие этого метод модифицированного -преобразования рассматривается нами, как наиболее подходящий для синтеза.

Проектирование импульсных систем регулирования, так же как и непрерывных систем, состоит из определенных этапов, которых обычно придерживаются конструкторы. Эти этапы служат руководством при первоначальном проектировании и состоят в следующем:

1. Формулировка подхода к решению задачи проектирования системы, в результате которой составляется функциональная блок-схема.

2. Решение вопроса об ограничениях, накладываемых на систему, и об удобстве их математического описания.

3. Определение предварительных требований к системе в целом и к ее элементам (исключая заранее заданные элементы) на основе требуемых физических функций, возможных входных воздействий системы, приемлемых пределов ошибок, физических ограничений и т. д.

4. Предварительный выбор или проектирование на основе третьего этапа реальных элементов, обладающих требуемыми свойствами, достаточным динамическим диапазоном и т. д. (Целые совокупности таких элементов обычно рассматриваются как неизменная часть системы или объект).

5. Определение математических характеристик как заранее заданных элементов, так и элементов, выбранных на четвертом этапе, после чего следует в первом приближении определить поведение системы, состоящей из этих элементов.

6. Наконец, важным этапом при правильном проектировании является многократное проведение анализа и синтеза (стабилизация и коррекция системы введением внутренних обратных связей, регулировкой усиления корректирующих цепей, цифровых фильтров и линий задержек) для удовлетворения требований, предъявляемых к системе.

Синтез как таковой, как это рассматривается в настоящей главе, не охватывает этапы с 1 по 5 включительно. Обычно некоторые требования к свойствам должны быть осуществлены в системе, содержащей заданный объект. Так как конструктор редко встречается с синтезом в чистом виде, то он редко идет прямым путем, приводящим к окончательной структуре, и, по необходимости, должен заниматься всеми фазами задачи. Это приводит к многократному анализу и синтезу попеременно при создании требуемой системы.