Под синтезом системы автоматического регулирования понимают определение ее структуры и значений параметров элементов, удовлетворяющих заданным требованиям.
При разработке систем автоматического регулирования к ним предъявляют требования обеспечения статической точности поддержания регулируемого параметра, устойчивости системы регулирования, качества работы системы регулирования. Требование качества при синтезе системы автоматического регулирования является основным, особенно в тех случаях, когда регулируемым объектом является дизель с автономным газотурбинным наддувом, предназначенный для работы в качестве дизель-генератора.
Сложность одновременного решения задач устойчивости и качества обусловливается тем, что повышение запаса устойчивости, осуществляемое уменьшением коэффициента усиления, может привести к ухудшению качества работы системы регулирования, и наоборот.
Каждое последующее требование является и более общим и более сложным. Постановка последующей задачи может быть правомерной только в том случае, когда все предыдущие требования уже выполнены. Например, обеспечением устойчивости системы регулирования следует заниматься только тогда, когда заданные значения параметров статики (степени неравномерности, степени нечувствительности) уже получены. Часто при синтезе систем автоматического регулирования используют только первое требование, реализуемое в виде статического расчета параметров регулятора. Устойчивость системы регулирования и качество ее работы оценивают методами, изложенными в предыдущих главах настоящего пособия. Эти методы являются наиболее простыми и дают удовлетворительный результат.
Синтез систем автоматического регулирования двигателей чаще всего осуществляют при условии предварительного задания части структуры системы и параметров ряда элементов. Объясняется это тем, что в большинстве случаев известен сам двигатель как регулируемый объект, а следовательно, известно его дифференциальное уравнение
и параметры, в качестве которых могут быть приняты коэффициенты дифференциального уравнения Тд22, Тд1, kд.н, Т?, ??, Тs и ?s.
Кроме этого может оказаться известной (заданной) точность поддержания значения регулируемого параметра при равновесных режимах, что может предопределить структуру автоматического регулятора, необходимую для данного двигателя. Действительно, если требование к системе регулирования допускает достаточно большой положительный статизм и наличие блочного или распределительного топливного насоса, то можно предположить возможность применения автоматического регулятора прямого действия. Это наиболее простой регулятор и, следовательно, наиболее надежный. Применение более сложных элементов, снижающих надежность системы, всегда должно быть всесторонне обосновано. Например, от регулятора прямого действия можно отказаться только в том случае, когда на двигателе установлены секционные топливные насосы, разнесенные по цилиндрам или группам цилиндров, и перестановочные усилия, необходимые для органа управления двигателем, оказываются слишком большими, приводящими к значительным габаритным размерам чувствительного элемента. В этих условиях вместо регулятора прямого действия следует использовать регулятор непрямого действия с жесткой обратной связью (силовой или кинематической).
К дизель-генераторным установкам предъявляют требование нулевого статизма (нулевого значения степени неравномерности). Это требование может выполнить только с помощью изодромного автоматического регулятора непрямого действия. На двигателях малой мощности в этих условиях можно устанавливать прецизионный автоматический регулятор прямого действия с упруго-присоединенным катарактом.
При необходимости включения дизель-генераторных установок в параллельную работу приходится использовать автоматические регуляторы непрямого действия с комбинированной обратной связью, обеспечивающей определенную остаточную неравномерность (остаточный статизм).
Таким образом, анализ условий, вызывающих необходимость установки на двигателе автоматического регулятора, и требований, предъявляемых к этим регуляторам в процессе работы, во многих случаях позволяет выбрать тип регулятора, а следовательно, его структуру и записать его дифференциальное уравнение.
После этого известной оказывается вся структура системы автоматического регулирования, и следует определить лишь часть параметров автоматического регулятора.
Синтез системы автоматического регулирования, удовлетворяющий требованию статической точности поддержания значений регулируемого параметра, осуществляется с помощью методов статического расчета регулятора с целью обеспечения заданных значений степени неравномерности б и степени нечувствительности 8р на всех возможных режимах работы установки [см. § 25—27, 36 ].
Обеспечение устойчивости системы автоматического регулирования при заданном объекте приводит к необходимости определения значений некоторых параметров регулятора с использованием критериев устойчивости.
Для решения задачи синтеза по качеству используют различные диаграммы (см. рис. 250, 259, 270), методы интегральных оценок качества, частотные характеристики и др.
Задача выявления устойчивости системы автоматического регулирования возникает не только в тех случаях, когда исследуемая система уже спроектирована или даже выполнена в металле, но и в процессе создания тех или иных элементов системы. Одним из таких элементов является, как правило, автоматический регулятор. Может оказаться, что среди многих параметров регулятора есть один или несколько не известных. Эти параметры необходимо определить, но так, чтобы система регулирования при уже известных и заданных других параметрах была устойчивой.
Эта задача синтеза решается с помощью построения областей устойчивости методом D-разбиения [1, 5, 11, 22, 24, 26].
1. Построение областей устойчивости по одному параметру
2. Построение областей устойчивости в плоскости двух параметров
|