СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
AUTOMATIC CONTROL SYSTEM

Предлагаемое изобретение относится к автоматическому регулированию. Известна система автоматического регулирования (Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. Наука. 1988 г., стр.8 рис 1.1.6), в которой управляющий сигнал представляет собой сумму сигналов ошибки системы и квадрата ошибки системы. Недостатком известных систем является то, что с изменением коэффициента передачи системы с изменением ошибки изменяются запасы устойчивости системы, меняется колебательность, что вынуждает уменьшать суммарный коэффициент передачи, уменьшать точность и быстродействие.
Известны также системы подчиненного регулирования (Фрер Ф. и Оттенбургер Ф. Введение в электронную технику регулирования. «Энергия» 1973 г.), в которых за счет последовательных корректирующих устройств системы настраиваются на модульный оптимум. Недостатком этих систем является зависимость параметров настройки и характеристик систем от некомпенсируемой постоянной времени, от которой зависит коэффициент передачи и быстродействие системы.
Решаемая задача - устранение зависимости от ошибки системы характеристик скорректированной системы, настраиваемой на модульный оптимум, при всех значениях ошибки системы.
Технический результат - повышение быстродействия и точности системы при сохранении модульного оптимума при любых значениях ошибки системы.
Этот технический результат достигается тем, что в системе автоматического регулировании, содержащей первое устройство сравнения, входы которого соединены с источником входного сигнала и выходом системы, объект регулирования и первое устройство суммирования, первый вход которого через устройство выделения модуля и первый усилитель соединен с выходом первого устройства сравнения, а второй вход соединен с устройством задания постоянного коэффициента передачи, а выход соединен с первым входом первого множительного устройства, второй вход которого соединен с выходом первого устройства сравнения, выход первого множительного устройства соединен с плюсовым входом второго устройства сравнения, выход которого соединен с входом объекта регулирования. Система автоматического регулирования отличается тем, что минусовой вход второго устройства сравнения через второй усилитель соединен с выходом второго множительного устройства, первый вход которого соединен через дифференциатор с выходом объекта регулирования, а второй вход соединен через устройство извлечения корня с выходом устройства суммирования.
На фиг.1 приведена схема системы автоматического регулирования. Система автоматического регулирования содержит объект регулирования 1, первое устройство сравнения 2, входы которого соединены с источником 3 входного сигнала и выходом объекта регулирования, устройство суммирования 4, первый вход которого через устройство 5 выделения модуля и первый усилитель 6 соединен с выходом первого устройства сравнения 2, второй вход устройства 4 соединен с устройством задания 7 постоянного коэффициента, а выход соединен с первым входом первого множительного устройства 8, второй вход которого соединен с выходом первого устройства сравнения 2, а выход соединен с плюсовым входом второго устройства сравнения 9, выход которого соединен с входом объекта регулирования 1, а минусовой вход через второй усилитель 10 соединен с выходом второго множительного устройства 11, первый вход которого соединен через дифференциатор 12 с выходом объекта регулирования, а второй вход соединен через устройство извлечения корня 13 с выходом устройства суммирования.
Система автоматического регулирования работает следующим образом: в первом устройстве сравнения 2 выявляется ошибка регулирования ε=g-x, где g - входной сигнал, поступающий с источника 3 входного сигнала, x - регулируемая координата, поступающая с выхода объекта регулирования 1.
<mrow><msub><mi>С</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>|</mo><mi>ε</mi><mo>|</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>С</mi><mn>0</mn></msub><mi>ε</mi><mo>⋅</mo><mi>s</mi><mi>i</mi><mi>g</mi><mi>n</mi><mi>ε</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>|</mo><mi>ε</mi><mo>|</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mi>ε</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>C</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>|</mo><mi>ε</mi><mo>|</mo></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>ε</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ε</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
3
3
На первом входе устройства суммирования 4 с помощью устройства 5 выделения модуля и первого усилителя 6 формируется сигнал
. На второй вход устройства суммирования поступает сигнал С с устройства задания 7 постоянного коэффициента, в итоге на выходе устройства суммирования 4 формируется сигнал
, а на выходе первого множительного устройства 8 формируется сигнал
, который соответствует введению в цепь ошибки ε звена с коэффициентом передачи, меняющимся с изменением этой ошибки. Одновременно с этим формируется сигнал обратной связи по скорости изменения регулируемой координаты U=kpx.
<mrow><mi>W</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>k</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msup><mi>p</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>Ф</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mi>x</mi><mi>g</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>k</mi><mi>o</mi></msub></mrow></mfrac><msup><mi>p</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mi>p</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>
В результате передаточная функция замкнутой системы при передаточной функции разомкнутой системы
будет иметь вид:
<mrow><mi>Ф</mi><mrow><mo>(</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>ξ</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msqrt><mn>2</mn></msqrt></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>k</mi><mi>o</mi></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
2
2
Представив знаменатель
в виде Тp+2ξТр+1 и приняв как при настройке на модульный оптимум
, получим
<mrow><mn>2</mn><mi>ξ</mi><mi>T</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msqrt><mrow><mn>2</mn><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>k</mi><mi>o</mi></msub></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
и требуемый коэффициент обратной связи по скорости
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>k</mi><mi>o</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>=</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>С</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>С</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>|</mo><mi>ε</mi><mo>|</mo></mrow></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>k</mi><mi>o</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt></mrow>
<mrow><msub><mi>k</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>С</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>С</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>|</mo><mi>ε</mi><mo>|</mo></mrow></mrow>
соответствует настройке на модульный оптимум при любых значениях ошибки ε и коэффициента передачи
.
<mrow><msub><mi>С</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mo>|</mo><mi>ε</mi><mo>|</mo></mrow></mrow>
0
В результате в системе автоматического регулирования при больших ошибках ε обеспечивается большой коэффициент передачи за счет
, чем достигается увеличение быстродействия, при малых ошибках обеспечивается малый коэффициент передачи за счет С и тем самым малое влияние помех и в то же время настройка на модульный оптимум при любых ошибках и всех коэффициентах передачи. При обычной настройке на модульный оптимум отклонение коэффициента передачи от оптимального значении ведет или к уменьшению быстродействия или к недопустимой колебательности системы.