ПРИНЦИПЫ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КООРДИНАТ [23, 24,27, 28, 35, 36]

Обычно в автоматических системвах приходится регулировать несколько координат – одну основную выходную и несколько внутренних. Например, в следящем электроприводе постоянного тока выходная координата - положение исполнительного механизма, внутренние – скорость и ток двигателя. Основное требование к регулированию внутренних координат – ограничение их максимальной величины, а иногда и их производных. Основные требования к выходной координате – минимизация ошибки в статических и динамических режимах за минимальное время. Таким образом, главной в САР является выходная координата, а остальные подчиненные. Регулирование последних должно вестись, только исходя из наилучшего поведения выходной координаты.

В инженерной практике при необходимости одновременного регулирования нескольких координат используют в основном многоконтурные САР с последовательным подчиненным регулированием координат (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Структура многоконтурной САР с последовательным подчиненным регулированием координат.

На рис. 8.1 представлены три контура регулирования координат - У3 (выходная), У2, и У1 (внутренние) с соответствующими регуляторами.

Достоинства такой структуры:

1. Простота инженерных методик расчета параметров регуляторов.

Расчленение объекта регулирования на звенья W1, W2, W3 позволяет получить очень простые математические выражения для расчетов параметров регуляторов.

Вначале рассчитывается внутренний контур регулирования. Из рис.8.1 передаточная функция разомкнутого внутреннего контура .

Характеристический полином подобной передаточной функции обычно сводится ко второму или третьему порядку. Выбор параметров регуляторов при этом не представляет сложностей. Для следующего контура этот уже настроенный внутренний контур, как правило, апроксимируется звеном первого порядка.

Таким образом, при расчете очередного контура используется типовые простейшие методы синтеза. Это будет показано в дальнейшем.

2. Простота настройки контуров.

Вначале настраивается внутренний контур регулирования, затем следующий по структуре. При этом контуры настраиваются независимо друг от друга. Стандартные методики синтеза и настройки регуляторов уменьшают быстродействие очередного контура в два раза, но есть возможности, позволяющие избежать такого уменьшения быстродействия.

3. Просто реализуется ограничение координат.

Выход регулятора предыдущего контура является заданием на следующий контур. Ограничивая выходной сигнал регулятора имеем возможность регулировать максимально возможное задание на следующий контур в т. ч. и на выходную координату этого контура.

4.Подчиненное последовательное регулирование координат позволяет обеспечить:

- практически любые желаемые передаточные функции регуляторов на интегральных операционных усилителях или в цифровой форме;

- малую мощность управления;

- универсальность при самых разнообразных требованиях.

Таким образом, системные достоинства подчиненного регулирования :

- глубокая внутренняя логика последовательного решения сложной задачи по частям;

- возможность наращивания структуры системы и количества контролируемых координат состояния объекта;

- унификация методов расчета, алгоритмов и технических средств управления;

- стандартизация показателей качества процессов регулирования и ограничения координат;

- удобство проектирования, комплектации, наладки и эксплуатации САР.

Следует отметить, что структуры с параллельным включением регуляторов также возможны к применению в настоящее время, особенно в микропроцессорных системах управления (рис.8.2)

Рис.8.2. Параллельное включение регуляторов в системах регулирования.

Принципы работы такой САУ:

- логическое устройство подключает к объекту регулирования только один регулятор;

- если какой либо регулятор насыщен - идет регулирование только по выходной координате этого регулятора до момента выхода из насыщения регулятора;

- внутренний насыщенный регулятор имеет предпочтение перед внешним;

- когда промежуточные переменные Х1, Х2 меньше своих допустимых значений, то подключается регулятор Хр3 .

Данная структура позволяет настраивать контуры регулирования независимо друг от друга, достигать оптимизации по каждой координате.

Еще лучшие результаты получаются при использовании в управлении принципов нечеткой логики.