коригувальні пристрої

З раніше викладеного матеріалу випливає, що найбільш дієвим способом додання системі автоматичного регулювання необхідних динамічних властивостей є введення в неї додатковий елемент. Він виправляє, коригує властивості вихідної системи і називається коригувальним елементом. Іноді цей елемент досить складний, внаслідок чого використовується також термін "коригуючий пристрій".
Коригуючий пристрій - це функціональний елемент системи автоматичного регулювання по відхиленню, що забезпечує необхідні динамічні властивості цієї системи. Іноді коригуючий пристрій змінює потрібним чином і статичні властивості системи.
Коригуючий пристрій включають в систему автоматичного регулювання по-різному. Можливо, перш за все, послідовне включення коригуючого пристрою в пряму ланцюг системи (рис. 5.11, а). У цьому випадку воно називається послідовним коригувальним пристроєм. Його передавальну функцію будемо позначати W k1.
Послідовне коригуючий пристрій включають безпосередньо після датчика неузгодженості або ж після попереднього підсилювача. Другий варіант включення використовують частіше. Адже рівень сигналу неузгодженості зазвичай дуже малий і коригуючий пристрій знижує найчастіше рівень сигналу. Тому при першому варіанті включення послідовного коригуючого пристрою буде потрібно мати попередній підсилювач значно більш високої чутливості, ніж при другому варіанті.

Застосування послідовних коригувальних пристроїв найзручніше в системах, у яких сигнал управління являє собою напругу постійного струму. У цих випадках коригуючий пристрій виконують зазвичай з пасивних електричних чотириполюсників (див. § 5.6). забезпечують різноманітне перетворення сигналу. Ще більші можливості дають активні електричні чотириполюсники постійного струму.
У системах, у яких сигналом управління є модульоване напруга змінного струму, послідовні коригувальні пристрої менш зручні з наступних причин. Електричні чотириполюсники змінного струму мають суттєві недоліки (см.§ 5.6) і застосовуються рідко. Для використання ж пасивних чотириполюсників постійного струму виявляються необхідними додаткові елементи (рис. 5.12). Модульований сигнал змінного струму спочатку випрямляється фазочуттєві демодулятором ФД і потім фільтром Ф фільтруються вищі гармоніки. Тільки після цього здійснюється відповідно перетворенню сигналу чотириполюсником постійного струму (ЧПТ). Перетворений сигнал постійного струму знову перетворюється модулятором М в модульований сигнал змінного струму, якщо це необхідно для дії наступних елементів системи.

Інше, широко поширене включення коригуючого пристрою показано на рис. 5.11, б. В даному випадку коригуючий пристрій є зворотним зв'язком, найчастіше негативною, яка охоплює один з елементів прямої ланцюга системи. Цим елементом зазвичай є виконавчий елемент або вихідний каскад підсилювача (підсилювач потужності). Таке коригуючий пристрій називають паралельним, його передавальну функцію будемо позначати W k2.
Передавальна функція ділянки кола з паралельним коригувальним пристроєм

Таким чином, при задоволенні нерівності (5.18) властивості ділянки кола з паралельним коригувальним пристроєм визначаються тільки лише властивостями цього коригувального пристрою.
Вказана обставина є великою гідністю паралельного коригуючого пристрою. При задоволенні нерівності (5.18) властивості ділянки W 2 прямій ланцюга, охопленого паралельним коригувальним пристроєм, і їх зміни в процесі дії системи не впливають на її властивості. Несуттєві нелінійності цієї ділянки і зміни його параметрів (коефіцієнтів передавальної функції W 2) не позначаються на динамічних властивостях системи. Це справедливо тільки при незмінних параметрах самого паралельного коригуючого пристрою.
Гідність даного коригувального пристрою також в тому "що його вхід підключений до виходу виконавчого елемента або підсилювача потужності, тобто до виходу потужного елемента з високим рівнем сигналу. Тому в якості паралельних коригувальних пристроїв можуть бути використані навіть досить потужні елементи. Але широко використовують і пасивні чотириполюсники постійного струму. Тоді дуже просто забезпечити складне перетворення сигналу ділянкою ланцюга з паралельним коригувальним пристроєм.
Застосовують і третій варіант включення коригуючого пристрою в систему - паралельно одному з ділянок її прямий ланцюга (рис. 5.11, в). Включене таким чином коригуючий пристрій будемо називати прямим паралельним і його передавальну функцію будемо позначати W кз.
Іноді пряме паралельне коригуючий пристрій виявляється вельми зручним - при меншій складності забезпечує потрібне перетворення сигналу управління.

Нехай, наприклад, W З = k З; W кз = -k кз / (Ts + 1). Тоді передавальна функція ділянки ланцюга з прямим паралельним коригувальним пристроєм

Отже, при малій різниці k З -k кз виходить реальне форсує ланка з великою постійною часу диференціювання. Зменшення передавального коефіцієнта цієї ділянки прямої ланцюга системи повинно бути скомпенсировано відповідним збільшенням передавального коефіцієнта підсилювача.
Вибирають (синтезують) коригуючий пристрій на підставі деякого комплексу вимог до властивостей системи (див. §5.8 -5.10). Спочатку визначають необхідну значення передавальної функції W k1 послідовного коригуючого пристрою. Потім з'ясовують, при якому значенні передавальної функції W k2 паралельного коригувального пристрою і при якому значенні передавальної функції W k3 прямого паралельного коригувального пристрою буде отриманий той же ефект. Потім вже можна вирішувати, яке коригуючий пристрій доцільніше створювати. Складемо формули для такого розрахунку.
По кожній із структурних схем (рис. 5.11) складемо вираз передавальної функції розімкнутої ланцюга і прирівняємо ці вирази один одному. отримуємо

З (5.20) визначають формули переходу від одного виду коригувального пристрою до іншого:

Якщо значення передавальної функції> W k2 виявляється негативним, то паралельне коригуючий пристрій має включатися в вигляді позитивного зворотного зв'язку. При від'ємному значенні передавальної функції> W k3 вихідний сигнал прямого паралельного коригувального пристрою повинен відраховуватися з вихідного сигналу ділянки> W 3.
В даний час коригувальні пристрої є основним способом підвищення якості лінійних безперервних систем регулювання по відхиленню. Іноді в системі одночасно використовують два коригувальних пристрої: послідовне і паралельне, або паралельне і пряме паралельне. Таким чином, функції, які повинні виконувати коригуючий пристрій, розподіляються між двома корректирующими пристроями. Вони можуть бути виконані з більш простих елементів. Складемо формули для заміни послідовного коригуючого пристрою двома: послідовним і паралельним, такий варіант найбільш вірогідний.

Отже, нехай визначена передатна функція W k1 послідовного коригуючого пристрою (рис. 5.11, а). при якій система буде мати необхідні динамічні властивості. Однак через складність W k1 вирішено створити в системі два коригувальних пристрої - послідовне і паралельне (рис. 5.13). Визначаємо передавальні функції розімкнутого ланцюга кожної з цих систем і прирівнюємо їх один одному

З цієї рівності випливає, що

Можна вибрати передавальну функцію W k2 'паралельного коригувального пристрою і за першим з рівності (5.23) визначити необхідне значення W k1' передавальної функції послідовного коригуючого пристрою. Або ж вибрати передавальну функцію W k1 'послідовного коригуючого пристрою і тоді другий з рівностей (5.23) визначить необхідне значення W k2' передавальної функції паралельного корегуючого пристрою.

Аналогічно можна скласти формули для заміни послідовного коригуючого пристрою послідовним і прямим паралельним або ж паралельним і прямим паралельним.