Глава XVII. СИНТЕЗ НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ РЕГУЛЯРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
1. Постановка задачи синтеза систем автоматического регулирования. 2. Выбор параметров устройств неизменяемой части системы автоматического регулирования. 3. Построение желаемой амплитудной характеристики системы регулирования. 4. Синтез последовательных корректирующих устройств. 5. Синтез параллельных корректирующих устройств. 6. Синтез последовательных и параллельных корректирующих устройств. 7. Способы реализации последовательных и параллельных корректирующих устройств.
Синтез систем автоматического регулирования является основной стадией проектирования, получившей в последние годы весьма широкое практическое применение. Сущность задачи синтеза заключается в таком выборе структурной схемы системы и ее параметров и таком конструктивном решении, при которых обеспечиваются требуемые показатели качества и точности процессов регулирования, а сама система состоит из наиболее простых устройств управления.
В систему автоматического регулирования обычно входят объект регулирования и два типа устройств управления. К первому типу устройств управления обычно относят усилительное устройство, усилитель мощности и измерительное устройство, которые практически невозможно изменять в процессе синтеза систем регулирования. Ко второму типу относят корректирующее устройство и электронный усилитель, т. е. те устройства, которые легко можно изменять в процессе синтеза. В результате этого всю систему автоматического регулирования можно разделить на две части: объект регулирования, исполнительное устройство, усилитель мощности и измерительное устройство — так называемая неизменяемая часть системы, и корректирующее устройство с согласующим усилителем — изменяемая часть системы.
Устройства управления неизменяемой части выбирают не только по требованиям точности и качества процессов регулирования. В значительной степени определяющим при их выборе являются стоимость, надежность действия, масса и габаритные размеры устройств управления, дополнительные технические условия (режимы рибрации, температура окружающей среды, влияние агрессивных сред, требования противопожарной безопасности, взрывобезопасности и т. д.). Традиции конструкторского бюро, ведущего проектирование системы регулирования, также влияют на выбор этих устройств. Поэтому задачу синтеза систем регулирования довольно часто сводят к выбору лишь легко изменяемых устройств управления, а именно: усилительных и корректирующих устройств. Такого рода задача впервые была поставлена и решена В. В. Солодовниковым на основе применения логарифмических частотных характеристик [5, 28, 72].
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СИНТЕЗА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Проектирование систем автоматического регулирования на основе метода синтеза при регулярных воздействиях осуществляется в следующем порядке.
1. На основании технических условий и динамических характеристик объекта регулирования выбирают устройства управления, входящие в неизменяемую часть системы, находят необходимые измерительные устройства. Затем все эти устройства объединяют совместно с объектом регулирования и получают неизменяемую часть системы.
2. Устанавливают упрощенную структурную схему системы и выбирают схему и место включений корректирующих и усилительных устройств.
3. По критерию качества или требованиям на показатели, качества и точности регулирования находят желаемую логарифмическую частотную характеристику разомкнутой системы.
4. Определяют тип и параметры корректирующих и усилительных устройств системы методом синтеза.
5. Находят конструктивное решение корректирующих устройств и устанавливают окончательную структурную схему системы автоматического регулирования.
6. Определяют расчетным путем динамические характеристики системы и сравнивают их с соответствующими данными технических условий.
Принятый порядок синтеза может привести к неоднозначному решению задачи. Однако без него время, затрачиваемое на проектирование систем, существенно увеличивается из-за необходимости проведения многочисленных расчетов систем с различными параметрами неизменяемой и изменяемой частей системы. Получение однозначного решения задачи синтеза возможно лишь при дополнительных требованиях, предъявляемых к типу и месту включения корректирующих устройств.
Например, проектировщик заранее устанавливает, что проектируемая система будет иметь корректирующее устройство параллельного действия с тахогенсратором. Это требование определяет место включения тахогенератора — выходной вал двигателя: Выходной сигнал с тахогенератора должен поступить на интегродифференцирующее корректирующее устройство, состоящее из пассивных 
-элементов (см. гл. VIII).
Два возможных варианта технической реализации корректирующих устройств этого типа показаны на рис. XVII.1, а, и б. Если применять в качестве объекта регулирования электродвигатель постоянного тока, то проектировщик может воспользоваться тахометрической обратной связью, снимаемой с моста (рис. (XVII.1, в). Если мост сбалансирован, то сигнал с его выхода пропорционален угловой скорости вращения вала электродвигателя. При несбалансированном мосте сигнал пропорционален угловому ускорению и угловой скорости вала электродвигателя.
В системах автоматического регулирования возможно применение корректирующих устройств последовательного или параллельного действия. Иногда могут быть применены одновременно последовательное и параллельное корректирующие устройства.
Возможные типы структурных схем систем с последовательными и параллельными корректирующими устройствами изображены на рис. XVI 1.2, а и б. На рис. XVII.2, в показана схема системы с одновременным включением последовательного и параллельного корректирующих устройств.
Рис. XVI 1.1. Виды корректирующих устройств параллельного действия
Рис. XVII.2. Структурные схемы системы регулирования с корректирующими устройствами: а — последовательного действия; б - параллельного действий; в — последовательного и параллельного действия; 1 — измерительные устройства; 2, 3 — усилительные устройства; КУ — корректиру. ющие устройства; ИУ — исполнительные устройства; ОР — объект регулирования
Корректирующие устройства последовательного действия являются наиболее простыми и применяются в таких системах регулирования, в которых практически отсутствуют сигналы шумов или помех. Системы с последовательной коррекцией имеют большую частоту среза, что предъявляет высокие требования к динамическим характеристикам двигателей исполнительных устройств. Последовательные корректирующие устройства достаточно чувствительны к изменениям их параметров, что требует применения высокостабильных конденсаторов и резисторов. Следует также отметить, что при выходе из строя конденсаторов или резисторов последовательного корректирующего устройства, как правило, вся система регулирования становится неработоспособной.
Параллельные корректирующие устройства снижают частоту среза системы и делают ее малочувствительной к помехам и шумам. Существенным преимуществом параллельной коррекции является то, что она уменьшает влияние нестабильности и нелинейности характеристик устройств управления, стоящих в прямой цепи, на характеристики переходных процессов всей системы.
Совместным включением последовательного и параллельного корректирующих устройств можно избежать недостатков, присущих каждому из них в отдельности, и получить высококачественную систему автоматического регулирования.
