Физический смысл введения производных от сигнала рассогласования в алгоритм управления

Предположим, что сигнал рассогласования системы изменяется по кривой (рис. 5.5). Изменение производной от сигнала рассогласования изображено кривой 2. Если система реагирует только на сигнал рассогласования то вследствие того, что сигнал при прохождении через инерционные элементы запаздывает и чувствительность исполнительного элемента, например двигателя, конечна, система начинает отрабатывать ошибку рассогласования не сразу, а через некоторое время после ее появления. Если же на исполнительный

Рис. 5.5. К физическому смыслу введения производной от сигнала ошибки в алгоритм управления.

двигатель системы будет поступать и производная, то последний начнет отрабатывать ошибку значительно раньше и быстрее, поскольку производная при малом сигнале рассогласования (в момент его появления) может иметь конечное значениё.

Если система реагирует на сигнал рассогласования то вращающий момент двигателя системы одинаков как в момент времени когда сигнал рассогласования растет, так и в момент когда он убывает. Между тем, было бы желательно, чтобы в момент двигатель развивал больший вращающий момент для более эффективного противодействия нежелательному возрастанию ошибки, а в момент — меньший для предупреждения перерегулирования, т. е. возможного перехода системы по инерции через равновесное состояние. Такое изменение достигается введением производной в алгоритм управления. В этом случае двигателя в момент времени увеличивается, поскольку воздействия от совпадают по знаку, а в момент уменьшается или даже изменяет свое направление, так как воздействия от противоположны по знаку.

В результате такого изменения вращающего момента двигателя за счет введения производной в алгоритм управления уменьшается максимальное значение ошибки, уменьшается или даже устраняется перерегулирование, переходный процесс системы затухает быстрее. Реагируя на производную, система как бы чувствует не только ошибку, но и тенденцию ее дальнейшего изменения. На этом основании управление по производной иногда называют управлением с предварением или опережением.

Показанная на рис. 5.3 деформация ЛФЧХ, соответствующая введению в алгоритм управления производной от сигнала рассогласования с помощью фазоопережающего устройства, является не единственно возможной. Как будет показано ниже, улучшение показателей качества системы может быть достигнуто и при отличных от рис. 5.3 деформациях ЛЧХ системы, соответствующих другим изменениям алгоритма управления, реализуемых с помощью иных корректирующих устройств. В общем случае выходной сигнал корректирующего устройства, кроме составляющей, пропорциональной входному сигналу (сигналу рассогласования), может содержать составляющую, пропорциональную некоторой функции от входного сигнала, например производной, интегралу во времени, их сумме.

Необходимое функциональное преобразование сигнала рассогласования системы может быть достигнуто с помощью корректирующих устройств, включаемых либо последовательно элементам системы в главный контур управления, либо в местные обратные связи, охватывающие часть элементов системы. В соответствии с этим корректирующие устройства называются последовательными и параллельными.

На практике встречаются случаи, когда коррекция САУ осуществляется с помощью включения как последовательных, так и параллельных корректирующих устройств одновременно.