3. СЕРВОМЕХАНИЗМ КАК ЭЛЕМЕНТ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Сложная система регулирования составляется из совокупности совместно работающих сервомеханизмов, непосредственно участвующих в процессе регулирования или обеспечивающих заданное их функционирование подводом и распределением необходимой для этого энергии. Поэтому сервомеханизмы рассматриваются в информационном и энергетическом аспектах как совокупность регулируемых и регулирующих систем, процесс взаимодействия которых обеспечивается системами получения и преобразования энергии (источниками энергии).

Основными группами подобного рода систем являются [17]:

1) системы с источниками энергии ограниченной мощности, обеспечивающими процесс функционирования сервомеханизмов при минимальном потреблении энергии;

2) системы с существенно нестабильными источниками энергии, предназначенными в первую очередь для обслуживания других потребителей энергии; нестабильность таких источников энергии обусловливается влиянием одних потребителей на другие из-за возникновения переходных процессов или их выключения из работы;

3) системы с источниками энергии, содержащими форсируемые элементы и звенья, регулируемые в целях улучшения процессов функционирования сервомеханизмов.

Индукция (взаимовлияние) динамических свойств сервомеханизма и источника потребляемой им энергии исследуется применительно к сложной системе регулирования, в которой выделяются: энергетическая часть, источник энергии и исполнительное устройство (обычно силовая часть), цепь каскадов преобразователей энергии, каналы передачи информации и каналы передачи энергии, переменные регулирования, состояния, обслуживания и обмена.

Исследование индукции в такой постановке сложных систем регулирования в настоящее время разрабатывается на основе моделей,

составляемых из элементарных цепей сервомеханизмов. Менее изучены сложные разветвленные цепи сервомеханизмов.

Исследование энергетической части сложной системы регулирования основывается на анализе математических моделей цепей регулярных сервомеханизмов, описываемых при помощи рекуррентных уравнений (VIII. 14) связи переменных каждого из каскадов сервомеханизмов в элементарных цепях, принимая при этом

Линейная модель энергетической части рассматриваемой сложной системы регулирования задается матричными уравнениями

где — векторы сопряженных выходов, определяющих состояние системы.

Эти векторы называются сопряженными потому, что произведения их компонент оценивают мощность на выходе сервомеханизма;

— взаимно независимые векторы управляемых и неуправляемых входов соответственно (сигналов управления и возмущающих воздействий);

и — диагональные передаточные матрицы изолированных подсистем;

— диагональные скалярные матрицы коэффициентов соответствия размерностей;

— диагональная матрица операторов нагрузки;

— единичные матрицы соподчинения подсистем. Эти матрицы — основные элементы математической модели системы регулирования, устанавливающие законы иерархии в цепях каналов передачи энергии.

Рассмотренная основа сложной системы регулирования, включающей иерархические цепи регулярных преобразователей энергии для полного описания модели объекта исследования, дополняется каналами передачи информации [подсистема управления векторов сигналов от компонент управляющего вектора При введении вектора в качестве независимых переменных рассматривают векторы определяющие компоненты управляемых и неуправляемых переменных а векторе превращается в промежуточную переменную, причем уравнения системы регулирования будут:

где — передаточные матрицы замкнутой системы регулирования.

Учет эффектов взаимовлияния отдельных элементов сложной иерархической системы ведет за собой необходимость использования четырех

специальных критериев синтеза синтезируемой системы, реализующих нетрадиционные свойства алгоритмов фильтрации и специального управления прямыми и обратными реакциями энергетической части (форм индукции в цепях канала передачи энергии). Реализация этих алгоритмов в сервомеханизмах позволяет обеспечивать: снижение нагружения источников энергии, повышение качества работы сервомеханизма за счет управления его источником энергии, обеспечение высокого качества сервомеханизма при его работе от источника энергии с существенно нестабильной выходной регулируемой величиной.

Специальные критерии синтеза сложных систем регулирования вытекают из анализа передаточных матриц и системы уравнений (VIII.21):

— передаточная матрица замкнутой системы по отношению к управляющему вектору (подразумевается факт замыкания подсистем);

— передаточная матрица замкнутой системы при отсутствии компенсации по управляющим сигналам [при

Е — единичная диагональная матрица;

— передаточная матрица компенсирующих связей по управляющим сигналам [компоненты вектора

— передаточная матрица системы, разомкнутой по главным обратным связям.

Обозначая индексом компоненты входа, а индексом фазовые координаты выхода, можно получить четыре критерия. Так, при

система не находится под воздействием изменения (забросов) переменных для источников энергии при прохождении сигналов управления в обслуживаемых подсистемах нижних уровней.

Условием фильтрации прямых реакций источников энергии на обслуживаемые системы автоматического регулирования будет

Реализация этого условия существенна для систем с нестабильными источниками энергии, например при обслуживании одним источником энергии нескольких систем автоматического регулирования.

При использовании автономных источников энергии возможно их применение с целью повышения точности работы системы. Возможность использования такого дополнительного способа управления определяется условием

где — желаемое значение оператора

При необходимости получения стабильности или высокой точности режима работы нерегулируемого источника энергии изменением

нагружения источника энергии алгоритмы управления обратными реакциями энергетической части системы получаются из условия

где — желаемое значение

В этом случае возможно динамическое моделирование нагрузок (создание стабилизирующих нагрузок).

Из-за взаимосвязи подсистем в передаточных матрицах все компоненты могут иметь ненулевые значения. Поскольку одновременная реализация четырех критериев неосуществима, то появляются широкие возможности поисков оптимальных решений при разнообразных ограничениях.

Разработка системы с форсированием источника энергии подразумевает реализацию определенного регулирования фазовой координаты источника энергии для форсирования его мощности в соответствии с формулой (VIII.24), а исключение влияния переменности фазовой координаты источника питания на САР потребует обращения к критерию (VIII.23). Системы с нерегулируемыми источниками энергии ограниченной мощности требуют одновременную реализацию критериев (VIII.22) и (VIII.25) для смягчения нагружения источника энергии со стороны САР и уменьшения погрешностей этой системы из-за изменения выходной переменной источника энергии.