система автоматического управления в сварочном производстве

При изменении передаточной функции прямой цепи с помощью последовательных, параллельных или встречно-параллельных корректирующих устройств для достижения заданных показателей качества неизменным остается главный принцип построения системы – принцип обратной связи (управление по отклонению).
Учет внешнего воздействия при коррекции, в частности применение принципа компенсации (управление по возмущению) совместно с управлением по отклонению, позволяет расширить возможности коррекции системы. Системы, использующие как управление по отклонению, так и по возмущению, относятся к классу комбинированных систем управления.
Наиболее часто комбинированное управление применяется для повышения точности системы управления и уменьшения установившейся ошибки. При определенных условиях с помощью комбинированного управления можно свести установившуюся ошибку к нулю при любой форме внешнего воздействия. Такое свойство называется инвариантностью системы по отношению к внешнему воздействию.
1 Корректирующие устройстваОсновная задача корректирующих устройств состоит в улучшении точности системы и качества переходных процессов. Однако наряду с этим путем дополнительного введения в систему корректирующих устройств решается более общая задача – обеспечение устойчивости системы, если она была неустойчивой, а затем и желаемого качества процесса управления. Различают три вида основных корректирующих устройств.
1) Последовательные корректирующие устройства. Они вводятся в цепь регулятора последовательно с другими звеньями. На рисунке 1 представлена структурная схема системы с последовательным корректирующим устройством.
Рисунок 1. Структурная схема системы с последовательным корректирующим устройством
Здесь W1 (s), W2 (s) представляют собой передаточные функции заданных частей регулятора, WПКУ(s) – передаточная функция последовательного корректирующего звена, WОУ(s) – передаточная функция объекта управления.
Передаточная функция регулятора с последовательным корректирующим устройством
WR1 (s) = W1 (s) W2 (s) WПКУ(s). (1.1)
Способ коррекции с помощью последовательного корректирующего устройства не требует сложных расчетов и прост в практическом исполнении. Поэтому он нашел широкое применение, особенно при коррекции систем, в которых используется электрический сигнал в виде напряжения постоянного тока, величина которого функционально связана с сигналом рассогласования. Однако, последовательные корректирующие устройства не ослабляют влияния изменений параметров элементом системы на ее показатели качества. Поэтому последовательные корректирующие устройства рекомендуется применять в системах, в которых элементы имеют достаточно стабильные параметры.
2) Параллельные корректирующие устройства. Они вводятся в цепь регулятора параллельно с другими звеньями. На рис. 2 представлена структурная схема системы с параллельным корректирующим устройством.
Рисунок 2. Структурная схема системы с параллельным корректирующим устройством
Здесь W1 (s), W2 (s) представляют собой передаточные функции заданных частей регулятора, W // КУ(s) – передаточная функция параллельного корректирующего звена, WОУ(s) – передаточная функция объекта управления.
Передаточная функция регулятора с параллельным корректирующим устройством
WR2 (s)=W1 (s) [W2 (s)+W // КУ(s)]. (1.2)
Параллельные корректирующее устройства имеет вид следующее:
Жесткая обратная связь .
Инерционная обратная связь .
Гибкая обратная связь .
Инерционная гибкая обратная связь .
Коррекция систем управления с помощью параллельного корректирующего устройства эффективна, когда имеется необходимость высокочастотного шунтирования инерционных звеньев. В этом случае формируются достаточно сложные законы управления с введением производных и интегралов от сигнала ошибки со всеми вытекающими из этого недостатками. Коррекция местной (локальной) обратной связью используется в системах автоматического управления наиболее часто. Достоинством коррекции в виде местной обратной связи является существенно ослабление влияния нелинейностей характеристик звеньев, входящих в местный контур, а также снижение зависимости параметров настройки регуляторов от дрейфа параметров устройств. Параллельные корректирующие устройства позволяют уменьшить влияние нестабильностей характеристик охватываемых звеньев, и в частности изменение коэффициента усиления в звеньях, охватываемых обратной связью. Корректирующие устройства (в автоматике) – устройства, вводимые в состав автоматических регуляторов и следящих систем для придания им требуемых статических и динамических характеристик.
Краткое сравнение корректирующих устройств, последовательных и параллельных устройств
Преимущество последовательных корректирующих устройств заключается в том, что они часто могут быть реализованы в виде простейших пассивных -контуров.
Основные их недостатки:
Непостоянство параметров и характеристик системы снижает эффективность действия последовательных корректирующих устройств. Отсюда – повышенные требования к стабильности характеристик элементов системы.
-контуры, включаемые последовательно, обычно содержат более громоздкие конденсаторы, чем контуры в цепи обратных связи (интегрирующие).
Дифференциирующие -контуры, создающие опережение по фазе, очень чувствительны к помехам.
Преимущества параллельных корректирующих устройств:
Уменьшение зависимости динамических свойств системы от изменения параметров и характеристик входящих в ее состав элементов. Требования к стабильности характеристик элементов менее жесткие, чем у параллельных корректирующих устройств.
В элементах системы, близких к ее выходу, развиваются большие мощности. Их питание, если они потребляют значительную энергию, не представляет затруднений.
Менее подвержены влиянию помех, часто содержащихся в сигнале ошибки, элементы системы играют роль фильтров низких частот.
Недостатки параллельных корректирующих устройств:
Состоят из дорогих и громоздких элементов.
Требование, чтобы обратная связь не нагружала предварительные каскада усилителей.
Необходимы высокие коэффициенты усиления.
2 Корректирующие устройства по внешнему воздействию. ИнвариантностьОсновной принцип автоматического управления состоит в формировании управляющего воздействия по величине ошибки (с использованием интегралов и производных от ). Если же вводится корректирующие устройство по внешнему воздействию, то получается комбинированное управление (по ошибке и по внешнему воздействию) то же с использованием интегралов и производных.
Путем введения коррекции по внешнему воздействию удается при определенных условиях сводить величину установившейся ошибки к нулю при любой форме внешнего воздействия. Это свойство называется инвариантностью системы по отношению к внешнему воздействию.
Внешние воздействия делятся на задающее, сигнал которого система должна воспроизводить, и возмущающее, действие которого нужно нейтрализовать.
3 Корректирующее устройство по задающему воздействиюЗдесь наряду с сигналом ошибки вводится во внутреннюю цепь еще сигнал задающего устройства через некоторую передаточную функцию . В этом случае структурная схема системы будет иметь вид, показанный на рисунке 3.