ЖУРНАЛ «СТА» №4/2006

В предыдущем разделе был рассмот- рен частный случай применения пря- мой связи (рис. 10), которая реализо- вана с помощью блока F ( s ). Основным принципом применения разомкнутого управления в ПИДре- гуляторах является разделение задачи проектирования на две части. Первая часть – обеспечение робастности и ос- лабления влияния шумов и внешних возмущений – решается с помощью параметров K, T i , T d . Вторая часть — обеспечение заданной реакции на управляющее воздействие r ( t ) – реша- ется с помощью параметров регулято- ра с прямой связью. Регуляторы, обес- печивающие возможность независи- мого решения этих двух задач, называ- ют регуляторами с двумя степенями свободы , и на их условном изображе- нии присутствуют два входа (рис. 13), [9]. Структура ПИДрегулятора, исполь- зующего принцип разомкнутого управ- ления, показана на рис. 14. Здесь регу- лятор R спроектирован, как в системе с классическим ПИДрегулятором, а пе- редаточные функции блоков M u и M y выбираются так, чтобы улучшить реак- цию системы на входное воздействие r ( t ). Принцип действия такой системы состоит в следующем. Изменение сиг- нала r ( t ) поступает на вход объекта управления u через блок M u , минуя цепь обратной связи. Передаточная функция блока M u выбирается таким образом, чтобы выходной сигнал сис- темы y ( t ) в точности соответствовал входному сигналу y ( t ) = r ( t ), то есть чтобы сигнал ошибки e ( t ) был равен нулю. Поскольку в реальной системе при воздействии внешних возмущений или изменении уставки e ( t ) ≠ 0, то во время переходного процесса вступает в действие обычный ПИДрегулятор R , который с помощью обратной связи пытается свести появившуюся ошибку к нулю. Непосредственно по рис. 14 можно записать передаточную функцию сис- темы от входа r на её выход y в виде: (12) Здесь первый член выбирают, как следует из описанного ранее принципа действия системы, так, чтобы в идеаль- ных условиях e = 0 и M y r = y , то есть желаемой передаточной функцией системы является G = M y . Поэтому вто- рой член в (12) необходимо сделать равным нулю. Этого можно достичь двумя способами. Первый из них со- стоит в том, чтобы сделать бесконечно большим петлевое усиление PR . Чаще используют второй путь, который со- стоит в выборе такой передаточной функции M u , чтобы выполнялось соот- ношение PM u – M y = 0, то есть (13) Таким образом, в отличие от регуля- тора с обратной связью, у которого точность обеспечивается благодаря де- лению сигнала ошибки на большое число (усиление интегратора), в регу- ляторах с прямой связью точность обеспечивается путём компенсации ошибки, то есть с помощью операции вычитания. Поскольку в системе, показанной на рис. 14, ошибка на низких частотах и в установившемся режиме равна нулю благодаря интегральному члену в ПИДрегуляторе R , высокую точность компенсации ошибки с помощью пря- мой связи достаточно обеспечить только на высоких частотах. Это об- 71 СТА 4/2006 www.cta.ru В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА д д щ д л с с н ч м н н з т р л з н м щ к н н ц п м н н з н т г л н л т р л е с д л н д ч е т р в н т в п ч н б с н с л н н м н м щ н ш е с м щ р м р п ч н д н а ц л щ д с в ш ч в щ м н з в с г ш н д з в г л т р м м п н м б д л н б ж с с в ю д т р г л т р п щ г ц з н т г н к з н г т е т р в т м с ч с г л т р д т н ц к б р ю с б ш а т м н д с в ц с в к т м с и д щ м н н л с п е е т л н р н р н з р д т н ц к б р е с к р з б х н н м н с о в с в в н м н л б н к в л с к а н т м д с в н м щ н м н н т к м р х н г ц с п е с в н г л т т р м щ р н з т е с с в ш с к л п с с в н н п с р д т н ц м д х д в б р ю д е с н г н ц п с в т м б а л в я л м р д т н ц е является G = M y . Поэтому второй член в (12) необход о л н л г н т м с б м в и б л к н н ш л в л н щ п з ю р т р и б р к р д т н ц б п н л о ш н к р з л ч г л р р н з т р г н п ч в е с г д р н н л к ш л л н т г т р г т р м з н п ч в е с п с ц к м щ р ц ч т н с к т м к з н т н в ш с ж м н л г д р т г н м н г л т р с к н п с ц к м щ з т т н п ч к с к т т − = 1 . u y M P M − = + + . 1 u y y PM M G M PR В ЗАПИСНУЮ КНИЖК У И Рис. 12. Реакция системы с регулятором, использующим фильтр (9) при T r = 0,09 с, на скачок r ( t ) при T i = 0,015 с, K = 6, T d = 0,3 с для объекта вида (5) при T = 0,1 с, L = 0,005 с (обозначения соответствуют рис. 10) Рис. 13. Условное обозначение регулятора с двумя степенями свободы ( R ) Рис. 14. Структура регулятора с двумя степенями свободы в замкнутой системе регулирования © 2006, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru r , , с, , T d = 0,3 с для объекта вида (5) при T = 0,1 с, L = 0, 5 с