8.4. КОМПАУНДИРУЮЩИЕ СВЯЗИ

В некоторых объектах регулирования могут быть две физические величины, которые зависят от одних и тех же внешних воздействий и взаимосвязаны. Если одна из этих величин является регулируемой, то другая может осуществить дополнительное воздействие на регулятор. Такая дополнительная связь внутри замкнутого контура регулирования по отклонению называется компаундирующей Существуют два вида компаундирующих связей.

Компандирующая связь образующая второй канал воздействия возмущения. Такая связь может быть создана, когда в объекте регулирования возмущение воздействует на регулируемую величину у через промежуточную величину (рис. 8.14, а). В этом случае регулирующая величина влияет на только через у.

Компаундирующая связь в общем случае состоит из датчика и компенсирующего элемента. Иногда необходимость в датчике отпадает, например, когда есть электрическая величина. Компенсирующий элемент преобразует сигнал так, чтобы компенсировать влияние возмущения на регулируемую величину у.

Система с компаундирующей связью описывается передаточными функциями: разомкнутой цепи

Рис. 8.14. Структурная схема САР с компаундирующей связью: а — образующей второй канал воздействия возмущения; б - не образующей такого канала

относительно задающего воздействия

относительно возмущения

где — передаточные функции элементов объекта регулирования; — передаточные функции элементов регулятора.

При выполнении компаундирующей связи с передаточной функцией

передаточная функция относительно возмущения обращается в нуль. В этом случае возмущение не оказывает какого-либо влияния на регулируемую величину у, т. е. достигается полная инвариантность (независимость) у от Равенство (8.36) — условие полной инвариантности, которое, вообще говоря, может быть реализовано, ибо существуют два канала, по которым возмущение воздействует на регулируемую величину у. Один канал (естественный) состоит из элементов с передаточными функциями другой образован компаундирующей связью и включает элементы с передаточными функциями Вероятнее всего из-за инерционности элемента условие инвариантности не может быть реализовано полностью — не

может быть физически осуществлена компаундирующая связь с передаточной функцией, определяемой равенством (8.36). Тогда компаундирующую связь выполняют, лишь приближаясь к этому равенству, и достигают частичной инвариантности (см. п. 10.1) или инвариантности с точностью до малой величины е. Однако и в такой ситуации влияние на у уменьшается весьма существенно.

Возможность достижения того или иного вида инвариантности регулируемой величины от основного возмущения является большим преимуществом рассматриваемой структуры.

Однако компаундирующая связь оказывает отрицательное влияние на устойчивость системы, так как она создает положительную обратную связь, охватывающую элементы прямой цепи. Это влияние может быть скомпенсировано соответствующим выбором корректирующего устройства в прямой цепи системы.

Генератор постоянного тока с независимым возбуждением может служить примером объекта, который позволяет осуществить компаундирующую связь, образующую второй канал воздействия возмущения. Регулируемой величиной является напряжение на зажимах генератора; возмущением напряжение потребителя, изменяющееся при изменении мощности нагрузки; второй величиной, характеризующей действие объекта, является ток генератора; регулирующим воздействием — ток возбуждения

При обычных допущениях (скорость вращения генератора постоянная и его магнитная система не насыщена) указанные величины связаны следующими уравнениями:

где — передаточный коэффициент генератора; — индуктивности и сопротивления соответственно обмотки якоря генератора и линии, соединяющей генератор с потребителем.

После преобразования этих уравнений по Лапласу при нулевых начальных условиях можно определить передаточные функции элементов объекта:

где .

Очевидно, что структурная схема генератора такая же, как и изображенная на рис. 8.14, а. Следовательно, в системе автоматического регулирования его напряжения можно создать компаундирующую связь для компенсации влияния возмущения. Такую возможность широко используют.

Компаундирующая связь, не образующая второго канала воздействия возмущения. В этом случае возмущение влияет на промежуточную величину через регулируемую величину у (рис. 8.14, б). Регулирующая величина обычно влияет на регулируемую величину у через промежуточную

Система описывается передаточными функциями: разомкнутой цепи

относительно задающего воздействия

относительно возмущения

— передаточные функции элементов объекта регулирования; - передаточные функции элементов регулятора.

Передаточная функция обращается в пуль при выполнении компаундирующей связи с передаточной функцией

Таким образом, это равенство является условием инвариантности регулируемой величины у от возмущения Однако, как правило, компенсирующая цепь не может быть выполнена с передаточной функцией, удовлетворяющей равенству (8.40). Удается лишь уравнять свободные члены и коэффициенты при младших степенях левой и правой частей равенства, которое получается из равенства (8.40) после подстановки в него значений передаточных функций и предполагаемой передаточной функции При этом достигается лишь частичная инвариантность от у, но влияние на у значительно уменьшается.

Компаундирующая связь весьма значительно влияет на устойчивость системы и качество воспроизведения задающего воздействия, поэтому оказывается необходимым корректирующее устройство в прямой цепи.

Примером объекта, который позволяет создать компаундирующую связь рассмотренного типа, может служить электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Его регулируемая величина — скорость вращения якоря со; возмущение — момент сопротивления вторая величина, характеризующая действие двигателя, — ток якоря регулирующее воздействие — напряжение и, приложенное к обмотке якоря.

Уравнения электродвигателя

где — индуктивность и сопротивление обмотки якоря; — момент инерции якоря и связанных с ним вращающихся масс; — постоянные.

После преобразования уравнений по Лапласу при нулевых начальных условиях определяются передаточные функции элементов электродвигателя:

где — соответственно изображения переменных

Структурная схема электродвигателя такая же, как и у объекта регулирования на рис. 8.14, б. Следовательно, в системе автоматического регулирования

скорости вращения электродвигателя можно создать компаундирующую связь (обратную связь по току), которая, однако, не образует второго канала воздействия возмущения на регулируемую величину. Такую возможность широко используют в автоматизированных электроприводах.