Правила преобразования структурных схем САУ

Структурной схемой в теории автоматического управления называется представление САР в виде совокупности динамических звеньев. В прямоугольных блоках записываются передаточные функции элементарных динамических звеньев системы. Стрелками обозначаются связи между элементами, а также воздействия: выходное - у, задающее -х возмущающее -f и т.п.

Узлы (разветвления сигналов) обозначаются точками на стрелках, а сумматоры сигналов обозначаются в виде кружка. Например, первый сумматор вычисляет сигнал рассогласования, (ошибки): е = х - z..

На рис. 1 приведена структурная схема системы автоматического управления.

Структурная схема представляет собой математическую модель САР, состоящую из совокупности типовых динамических звеньев, и является очень удобным, информативным и наглядным способом представления системы. Для анализа и синтеза САУ необходимо знать математическое описание системы в виде ее общей передаточной функции. Структурные схемы позволяют достаточно просто решить эту проблему путем сворачивания всей совокупности типовых динамических звеньев в одно динамическое звено. Для этого применяются три правила преобразования структурных схем и правила переноса узла и сумматора.

Звенья в структурных схемах могут соединяться между собой пос­ледовательно, параллельно и встречно (по схеме с обратной связью) (рис. 2).

1. Передаточная функция цепочки последовательно соединенных звеньев (рис. 2,а) равна произведению их передаточных функций

2. Передаточная функция труппы параллельно соединенных звеньев (рис. 2,б) равна их сумме передаточных функций

3. Передаточная функция группы звенев, соединенных по схеме с обратной связью (рис. 2,в), определяется как отношение передаточной функции прямой цепи к выражению - единица минус (для положительной обратной связи) или плюс (для отрицательной обратной связи) - передаточная функция разомкнутой цепи: W(p) = W_пр(p) / 1 ± W_пр(p) W_ос(p)

Такая передаточная функция называется передаточной функцией замкнутой системы (замкнутой цепи). Т.е. при положительной обратной связи сигнал ОС прибавляется к задающему воздействию, а при отриц-й – вычитается из него. Прямой цепью наз. Совокупность звеньев передающее сигнал от входа к выходу. Передаточная функция разомкнутой цепи (системы) состоит из передаточной функции прямой цепи и передаточной функции ОС. Перед-я ф-ция разомкнутой цепи в случае одноконтурной САУ представляет собой произведение передаточных функций всех ее звеньев.

Правила переноса сумматора на рис. 3 и 4. а) исх. схемы, б), в) преобразованные

Определим передаточные функции по управлению, по возмущению и но ошибке для одноконтурной линейной САУ (рис. 5).

На основе принципа суперпозиции определим поочередно передаточные функции системы по двум входам - управляющему х и возмущающему а считая при этом действующим только один из входов. Предполагая, что f = 0, определим передаточную функцию по управлению

Аналогичным образом найдем передаточную функцию по возмущению, считая х = 0:

Передаточную функцию по ошибке е получим после преобразования исходной структурной схемы САУ в вид, представленный на рис. 6 (f= 0, х = 0).

Передаточная функция прямой пени между входным воздействием I сигналом ошибки раина I, тогда передаточная САУ по ошибке определиться в виде

Анализируя передаточные функции W_упр(р),W_воз(р),W_ош(р) для случая, когда на линейную систему одновременно подаёт ся несколько воздействий z на основе принципа суперпозиции можно определитъ слодующую зависимость выходного сигнала от совокупности входных

Отсюда для рассматриваемой системы (рис. 5) получаем

Эти уравнения используются при исследовании САУ. Применяя рассмотренные правила преобразования структурных схем, можно любую многоконтурную структурную схему, в том числе и с перекрещивающимися контурами, привести к одноконтурному виду и затем свернуть в одно динамическое звено, передаточная функция которого будет являться передаточной функцией исходной многоконтурной системы.