Узлы, обеспечивающие регулирование по производной и интегралу от ошибки
Кроме обратных связей в следящих электроприводах применяются различные принципы регулирования. Дело в том, что можно целесообразно преобразовывать сигналы, проходящие в прямом контуре САУ (рис. 1).
Рис. 6.
Действительно, попробуем продифференцировать сигнал uδ , усилить его и просуммировать с сигналом uд, пропорциональным ошибке. В этом случае двигатель будет управляться напряжением, имеющим две составляющие, производной.
На рис. 6,а,б показаны блок-схема и структурная схема следящего привода, в котором регулирование ведется по ошибке и ее первой производной. В схеме после измерительного элемента включен дифференцирующий контур, рассмотренный в § 7-12. При малых значениях коэффициента усиления этого контура
(36)
можно считать, что его передаточная функция получает следующий вид:
(37)
где Т=r1С.
Отсюда следует, что контур передает следующему за ним преобразователю сумму двух сигналов: пропорционального производной от ошибки и пропорционального самой ошибке (см. рис. 6,б).
По установившейся выше методике записывается система уравнений для всех элементов и связей этой САУ:
(38)
(39)
(40)
(41)
(42)
(43)
(44)
Очевидно, что в сравнении с предыдущей системой уравнений (29) — (33) здесь уравнение обратной связи (31) исключено, но зато введены уравнения (40) — (42), отвечающие схеме САУ с дифференцирующим контуром.
После исключения всех переменных, кроме Мс, θвх и δ, получаем:
(45)
и (46)
Аналогично предыдущему при Мс ≈ 0 и "равномерной заводке" получается уравнение
(47)
Сравнивая (47) с (8), отмечаем, что коэффициент затухания системы увеличился на величину F'0. Если же обеспечить К' = К, то скоростная ошибка в установившемся режиме не увеличится. Этим рассматриваемая система выгодно отличается от системы с отрицательной обратной связью но первой производной от выходного угла. Итак, введение регулирования, пропорционального ошибке и ее первой производной, может улучшать переходный процесс, не увеличивая ошибки установившегося режима.
На рис. 7,а представлена блок-схема следящей системы с регулированием, пропорциональным ошибке и ее интегралу. Для получения сигнала, пропорционального интегралу от ошибки, здесь для простоты используется обычное апериодическое звено, постоянная времени которого Т=rС значительно превосходит время происходящего в САУ переходного процесса (см. § 2-2). На рис. 7,6 показана структурная схема рассматриваемой следящей системы, в которой представлено интегрирующее звено, полученное из апериодического в предположении, что его выходной сигнал приблизительно пропорционален интегралу от входного. Коэффициент усиления интегрирующего звена равен отношению коэффициента усиления преобразователя для второго входа К4 к постоянной времени апериодического звена Т.
Система уравнений, описывающих переходные процессы, здесь имеет следующий вид:
(48)
(49)
(50)
(51)
(52)
Рис. 7.
Исключение неизвестных, Мс, θвх и δ, приводит к уравнению
(53)
Здесь
; ; (54)
Остальные обозначения — прежние.
Продифференцировав (58), взяв Мс≈0 и θвх = Ωуt при Ωу=const, получим уравнение
(55)
Следящая система с регулированием по ошибке и ее интегралу теоретически позволяет получить в установившихся режимах ошибку, равную нулю. Практически ошибка в установившемся режиме будет иметь какую-то небольшую величину, зависящую от неточности работы элементов.