2.11. Синтез систем автоматического управления

2.11.1. Основные этапы синтеза сау.

Процесс синтеза САУ состоит из трех этапов.

1. Исходя из требований к назначению системы и особенностей ее конструкции следует выбрать функционально необходимые элементы (ФНЭ) – объект управления, датчики сигналов, задающие устройства, элементы сравнения, усилители мощности, исполнительные элементы. При выборе ФНЭ учитываются мощность, необходимая для управления объектом, предельные значения скоростей и ускорений выходных величин ОУ, допустимые ошибки, требуемый порядок астатизма. В результате решения этой задачи основа структуры проектируемой САУ становится известной.

2. На основании сведений о задающих и возмущающих воздействиях, об ограничениях, накладываемых на ход процесса управления, требований к точности и быстродействию необходимо определить желаемые динамические характеристики САУ. Последние являются компромиссным решением между качеством и точностью, с одной стороны, и простотой технической реализации и надежностью, – с другой.

3. На последнем этапе необходимо выбрать (рассчитать) корректирующие устройства (КУ), которые приближают с заданной степенью точности характеристики системы, состоящей из функционально необходимых элементов, к характеристикам желаемой системы.

Существует большое количество методов синтеза систем управления. Это объясняется как разнообразием исходных данных и требований к САУ, так и сложностью задачи синтеза. Необходимо учитывать, что задача не имеет однозначного решения и нельзя ожидать высокой точности получаемых результатов.

Широкое распространение получили частотные методы синтеза. В этом случае желаемые динамические характеристики САУ представляются в виде логарифмических частотных характеристик. При построении желаемых ЛАХ (ЖЛАХ) удобно пользоваться так называемыми типовыми (стандартными) ЛАХ, параметры которых связаны с показателями качества и точностью системы.

2.11.2. Частотный синтез. Типовые лах

Если в САУ не входят колебательные и дифференцирующие звенья второго порядка, то типовым ЛАХ (рис. 2.90) в общем случае соответствует передаточная функция вида

, (2.257)

где S = const.

В типовых ЛАХ выделяют четыре основных области..

1. Область очень низких частот . Наклон ЛАХ на интервале определяется порядком астатизма САУ (количеством интегрирующих звеньев).

2. Область низких частот . Наклон ЛАХ определяется числом апериодических звеньев с постоянной времени .

Первые две области определяют в основном точность воспроизведения медленно меняющихся воздействий и статическую точность САУ.

Рисунок 2.90

3. Область средних частот . Наклон ЛАХ в этом интервале определяет запасы устойчивости по амплитуде и фазе и в значительной мере качество системы в переходном режиме. Для обеспечения приемлемых запасов устойчивости наклон ЛАХ принимается равным ( ).

Протяженность среднечастотного участка ЛАХ влияет на колебательность САУ. Так, если его ширина примерно равна одной декаде, то перерегулирование (20 – 30)%.

В области средних частот располагается частота среза . Чем больше , тем меньше время регулирования .

4. Область высоких частот . Наклон ЛАХ в этой области определяется количеством апериодических звеньев с постоянными времени (формула (2.249)). Высокочастотная часть незначительно влияет на динамические свойства системы управления. Ее наклон желательно выбирать как можно большим, что уменьшает требуемую мощность исполнительных элементов и влияние высокочастотных помех.

Классификация типовых ЛАХ осуществляется по величинам порядка астатизма и коэффициента S, определяющим наклоны участков ЛАХ. Обозначение типовой характеристики имеет вид: ЛАХ – . Возможные сочетания S и и соответствующие им передаточные функции приведены в таблице 2.