Автоматическая система регулирования с П-регулятором (стр. 5 из 7)

w	R0	I0	j0	Q0	KП	jП
0	0.428	0	0	0.183	-2.336	3.142
0.5	0.099	-0.438	-1.348	0.202	-0.492	1.794
1	-0.257	-0.196	-2.489	0.105	2.456	0.653
1.5	-0.208	0.041	-3.336	0.045	4.627	-0.194
2	-0.095	0.109	-3.994	0.021	4.545	-0.852

6.2 Расчет И-регулятора

Передаточная характеристика И-регулятора имеет вид:

w	Rо	Iо	kи
0	0.428	0	0
0.5	0.099	-0.438	0.432
1	-0.257	-0.196	0.602
1.5	-0.208	0.041	-1.025
2	-0.095	0.109	-4.291

6.3 Расчет ПИ-регулятора

Передаточная характеристика ПИ-регулятора имеет вид:

где

w	Rо	KП	kи
0	0.428	-2.336	0
0.5	0.099	-0.492	0.432
1	-0.257	2.456	0.602
1.5	-0.208	4.627	-1.025
2	-0.095	4.545	-4.291

Ниже приведены результаты расчета на ЭВМ в электронных таблицах параметров П, И, ПИ-регуляторов, а также графики изменения этих параметров.

7. Передаточные функции системы

7.1 Разомкнутые системы

Структура разомкнутой системы автоматического регулирования может быть изображена следующим образом:

Передаточной функцией такой системы будет выражение:

.

Запишем передаточные функции систем с регуляторами:

- П-регулятором:

- И-регулятором:

- ПИ-регулятором:

7.2 Замкнутые системы

Структура замкнутой системы автоматического регулирования может быть изображена следующим образом:

_.

Передаточной функцией такой системы будут выражения:

- по возмущению

;

- по управлению

.

Подставив все известные выражения передаточных функций объекта регулирования и регуляторов, получим передаточные функции систем с различными регуляторами:

- с П-регулятором:

- с И-регулятором:

- с ПИ-регулятором:

8. Исследование устойчивости АСР

Исследование замкнутых АСР на устойчивость предполагает получение ответов на следующие вопросы. Является ли система с рассчитанным регулятором устойчивой, то есть, возвращается ли она в состояние равновесия при наличии возмущений? Какие из параметров системы (объекта и регулятора) и каким образом влияют на устойчивость? При каких предельных значениях параметров система становится неустойчивой? Каков запас устойчивости системы при заданных значениях параметров?

Ввиду сложности решения поставленных задач часто ограничиваются только установлением факта устойчивости заданной системы. Также нужно помнить, что, так как расчет регулятора ведется не только из условия обеспечения устойчивости системы, но и из условия обеспечения заданного качества регулирования, то такая система уже будет устойчивой. Если задана передаточная функция объекта высокого порядка или замкнутая АСР с некоторыми изменяемыми параметрами, то факт устойчивости не очевиден и нужно выполнить такой анализ.

Для исследования на устойчивость замкнутых систем автоматического регулирования разработано множество методов. Среди них определение устойчивости по корням характеристического уравнения, по критерию Гурвица, по критерию Рауса, по частотному критерию Михайлова, по частотному критерию Найквиста, D-разбиение и другие.

8.1 Обзор методов исследования на устойчивость

При определении устойчивости по корням характеристического уравнения исследование производится по оператору левой части дифференциального уравнения, либо по полиному знаменателя исходной передаточной функции. В этом случае система будет устойчивой, если действительные корни характеристического уравнения, действительные части комплексных корней будут отрицательны. Запас устойчивости при таком способе определения устойчивости можно графически представить как расстояние от значения корня до мнимой оси координат.

При оценке устойчивости по критерию Гурвица из коэффициентов характеристического уравнения составляется определитель Гурвица вида:

Для устойчивости АСР необходимо и достаточно, чтобы главный определитель и все определители низших порядков были одного знака с a_n.

Для проверки устойчивости по критерию Рауса составляется таблица коэффициентов по следующим правилам (см. табл.).

1	-	an	an-2	an-4
2	-	an-1	an-3	an-5
3	rn=an/an-1	c13=an-2-rn.an-3	c23=an-4-rn.an-5	c33=an-6-rn.an-7
4	rn-1=an-1/c13	c14=an-3-rn-1.c23	c24=an-5-rn-1.c33	c34=an-7-rn-1.c43
5	rn-2=c13/c14	c15=c23-rn-2.c24	c25=c33-rn-2.c34	c35=c43-rn-2.c44

Система будет устойчива, если все коэффициенты таблицы Рауса положительны, то есть a_n>0, a_n-1>0, c₁₃>0, c₁₄>0, c₁₅>0 и так далее. Если в характеристическом уравнении a_n<0, то умножаем все коэффициенты исходного характеристического уравнения на -1.

Для исследования на устойчивость систем с запаздыванием по корням характеристического уравнения по критериям Рауса и Гурвица звено запаздывания необходимо разложить в ряд Паде с учитыванием соответствующего числа членов, перемножить полученную передаточную функцию с передаточной функцией объекта, а затем получить передаточную функцию замкнутой АСР с регулятором.

Ввиду значительной трудоемкости при исследовании на устойчивость систем высокого порядка по критериям Рауса и Гурвица обычно используют ЭВМ.

Для исследования устойчивости по критерию Михайлова строится годограф вектора

характеристического уравнения А(р)=0 замкнутой системы. Для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы вектор , описывающий своим концом кривую Михайлова при изменении частоты от 0 до , начав свое движение с положительной действительной оси и вращаясь против часовой стрелки, последовательно проходил n квадрантов, нигде не обращаясь в нуль (n- порядок характеристического уравнени

Критерий устойчивости Найквиста формулируется следующим образом: если разомкнутая система устойчива, то для устойчивости системы в замкнутом состоянии необходимо и достаточно, чтобы амплитудно-фазовая характеристика разомкнутой системы не охватывала точку на действительной оси с координатами

.

Необходимо отметить, что при исследованиях на устойчивость по критериям Михайлова и Найквиста рассчитываются и строятся графики АФХ характеристического уравнения (критерий Михайлова) или разомкнутой АСР (критерий Найквиста), что является трудоемкой задачей. Поэтому для построения АФХ используется ЭВМ.