Глава 8. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА СТАБИЛИЗАЦИИ И ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ

Проблема создания линейных непрерывных САР с хорошими динамическими свойствами является многосторонней и весьма сложной. В ней прежде всего можно выделить следующие частные задачи: обеспечение устойчивости (стабилизация); повышение запаса устойчивости; повышение точности в установившихся режимах (уменьшение статических ошибок и обеспечение астатизма относительно задающего воздействия и возмущения); улучшение переходных процессов (увеличение быстродействия, уменьшение динамических ошибок воспроизведения задающего воздействия и ошибок возмущения).

Каждую из этих задач решают различными способами. Иногда две или несколько частных задач могут быть решены совместно, в других случаях они оказываются противоречивыми. В зависимости от назначения и условий эксплуатации системы одни задачи становятся основными, другие второстепенными.

Простой способ обеспечения устойчивости и необходимого качества регулирования — это соответствующий выбор основных элементов системы или изменение в нужном направлении их динамических свойств местными обратными связями. Выбор типа и конструкции исполнительного элемента и усилителя может привести к тому, что их динамические свойства, прежде всего инерционность, не будут отрицательно влиять на свойства системы в целом.

Местные обратные связи весьма существенно изменяют свойства тех элементов, которые они охватывают (см. табл. 2.4) или внутри которых они созданы. Может быть обеспечена устойчивость неустойчивого или нейтрального элемента, изменена статическая характеристика, уменьшена инерционность, созданы интегрирующие или дифференцирующие свойства. Причем местные обратные связи могут быть созданы не только в исполнительном элементе и усилителе, но иногда и в регулируемом объекте.

Другой путь — создание дополнительных воздействий на регулятор или объект регулирования. Если это воздействие

Рис. 8.1. Структурные схемы каскадных систем регулирования: а — с двумя регуляторами; с дифференциатором

осуществляется извне, то получается система комбинированного регулирования. Основные сведения о таких системах будут изложены в гл. 10.

Дополнительные воздействия могут быть созданы и внутри замкнутого контура регулирования. Это имеет место в каскадных системах регулирования [88] (рис. 8.1). Дополнительное воздействие создается координатой объекта регулирования, которая реагирует на возмущение быстрее, чем регулируемая координата у. Регулятор (рис. 8.1, а) под воздействием координаты устраняет в основном влияние на у. Задающее воздействие для регулятора создается регулятором под влиянием рассогласования х. Во втором варианте каскадной системы регулирования (рис. 8.1, б) дифференциатор под воздействием координаты создает сигнал только при изменении возмущения Этот сигнал поступает на вход регулятора вместе с рассогласованием и форсирует переходные процессы в системе. Использование каскадных систем регулирования наиболее эффективно при сложных объектах с большой инерционностью.

В некоторых объектах можно и целесообразно создавать дополнительное регулирующее воздействие [71]. Это воздействие прикладывается ближе к регулируемой величине у (рис. 8.2) и форсирует переходные процессы.

Для обеспечения высокой точности используют нониусные следящие системы [101]. Двухступенчатая нониусная САР (рис. 8.3) состоит из двух систем. Первая система создает основную составляющую регулируемой величины, приблизительно соответствующую задающему воздействию Вторая система уточняет значение у — создает составляющую соответствующую рассогласованию

Для уменьшения влияния возмущений находят применение компаундирующие связи, которые будут рассмотрены в п. 8.4. С помощью фильтра и местной обратной связи может быть обеспечена различная реакция системы на задающее воздействие и возмущение для того, чтобы подавлять как высокочастотные помехи, поступающие с задающим воздействием, так и возмущение, приложенное к обьекту. Эту задачу можно решить и в том случае,

Рис. 8.2. Структурная схема САР с вспомогательным регулирующим воздействием

Рис. 8.3. Структурная схема двухступенчатой нониусной САР

когда задающее воздействие недоступно для измерения. Подобные результаты дает схема с условной обратной связью. Дополнительные связи позволяют выделять истинное значение задающего воздействия при наличии двух источников информации, а также компенсировать инерционность сравнивающего элемента. Все эти вопросы рассмотрены в учебном пособии 145].

Основной путь стабилизации и достижения необходимого качества регулирования — это дополнение системы специальными элементами. К ним относятся элементы, обеспечивающие астатизм, и корректирующие элементы, которые и будут рассмотрены ниже.

Будут рассмотрены также некоторые принципиальные вопросы, связанные со стабилизацией САР и улучшением ее динамических свойств, и наиболее распространенные технические средства для создания корректирующих устройств и дополнительных связей.