ГЛАВА X. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВ

В настоящее время в системах автоматического регулирования и управления используются электрические (постоянного и переменного тока), электромеханические, гидравлические и пневматические корректирующие элементы и устройства. Наиболее просто электрические корректирующие устройства реализуются на пассивных четырехполюсниках, которые состоят из резисторов, конденсаторов и индуктивностей. Сложные электрические корректирующие устройства включают также разделительные и согласующие электронные элементы.

В электромеханические корректирующие устройства, кроме пассивных четырехполюсников, входят тахогенераторы, импеллеры, дифференцирующие и интегрирующие гироскопы. В ряде случаев электромеханическое корректирующее устройство может быть реализовано в виде мостовой схемы, в одну из плеч которой включен электрический двигатель исполнительного устройства.

Гидравлические и пневматические корректирующие устройства могут состоять из специальных гидравлических и пневматических фильтров, включаемых в обратные связи основных элементов системы, или в виде гибких обратных связей по давлению (перепаду давлений), расходу рабочей жидкости, воздуха.

В последнее время стали применяться корректирующие элементы с перестраиваемыми параметрами. Реализация таких элементов осуществляется с помощью релейных и дискретных устройств, а также цифровых вычислительных машин. Подобные элементы принято относить к логическим корректирующим элементам.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВ

Классификация корректирующих элементов и устройств САР и САУ, как и других звеньев, может быть выполнена на базе различных классификационных признаков.

В зависимости от идеализации, принятой при математическом описании, корректирующие элементы и устройства подразделяются

на два типа: линейные и нелинейные (рис. Х.1). Линейные корректирующие элементы описываются линейными дифференциальными уравнениями, нелинейные корректирующие элементы — нелинейными уравнениями. В отличие от линейных корректирующих элементов и устройств (как минимально-фазовых, так и неминимальнофазовых) коэффициент передачи и фазовый угол нелинейных элементов могут зависеть не только от частоты, но и от амплитуды входного сигнала.

Рис. Х.1. Общая классификация корректирующих элементов и устройств

Поэтому в общем случае нелинейные корректирующие элементы могут обеспечить в заданном частотном диапазоне любой требуемый вид амплитудной и фазовой частотных характеристик. Динамические возможности нелинейных элементов значительно большие, чем возможности соответствующих линейных корректирующих устройств.

В зависимости от характера сигналов, передаваемых корректирующими элементами, последние подразделяются на три подкласса: непрерывные (сигналы на входе и выходе представляют собой непрерывные функции времени), корректирующие элементы с модуляцией входных сигналов (гармонической, частотной, фазовой, импульсной) и корректирующие элементы, преобразующие сигналы.

По энергетическому признаку корректирующие элементы и устройства классифицируются на следующие группы: электрические, механические (электромеханические), гидравлические, пневматические, комбинированные.

(кликните для просмотра скана)

В зависимости от вида частотных характеристик электрические, механйческие, гидравлические и другие линейные корректирующие элементы и устройства подразделяются на дифференцирующие, интегрирующие, интегродифференцирующие и др. Кроме того, в зависимости от способа включения в контур системы корректирующие элементы подразделяются на последовательные, параллельные и корректирующие обратные связи.

Классификация электрических корректирующих элементов (линейных и нелинейных) показана на рис. Х.1.

Детальная классификация линейных и нелинейных корректирующих устройств приведена на рис. Х.2.

Особый класс корректирующих устройств, преобразующих сигналы в цифровой форме, представляют цифровые вычислительные машины [1].

Итак, элементарные корректирующие устройства лишь реализуют тот или иной закон регулирования, сформулированный на этапе проектирования системы управления. Такие корректирующие устройства имеют ограниченные функциональные и динамические возможности, но их применение оправдано, так как разработчик в процессе проектирования не располагает полной априорной информацией о процессе управления.

ЦВМ, функционирующая в реальном масштабе времени в замкнутом контуре управления, имеет практически неограниченные математические и логические возможности. Поэтому основной функцией управляющей ЦВМ является вычисление оптимальных управлений и законов, оптимизирующих поведение системы в соответствии с тем или иным критерием качества в процессе ее нормальной эксплуатации.

Высокое быстродействие управляющей ЦВМ позволяет, наряду с основной функцией, выполнять попутно целый ряд вспомогательных задач, связанных, например, с контролем функционирования отдельных устройств и подсистем САУ, с решением некоторых внешних задач и т. д. К такого рода задачам относится также реализация сложного линейного или нелинейного цифрового корректирующего фильтра.

При использовании ЦВМ в контуре управления можно получать оптимальные системы, удовлетворяющие различным критериям оптимальности, при любых управляющих и возмущающих воздействиях. При отсутствии ЦВМ в системах наиболее целесообразно применять нелинейные корректирующие устройства, как обладающие наибольшими функциональными, логическими возможностями.