СИСТЕМЫПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Пусть имеется передаточная функция объекта регулирования (ОР) 
(рис.10.1). Очевидно, что построение идеальной системы точного воспроизведения требует введения в САР корректирующего звена (регулятора) с передаточной функцией, равной обратной передаточной функции ОР. В этом случае имеет место точная компенсация передаточной функции ОР, а результирующая передаточная функция разомкнутой САР будет равна единице:
.
Понятно, что реакцией такой системы на скачкообразное воздействие (переходной функцией) будет также скачкообразная функция. С точки зрения качества САР такое поведение регулируемой координаты x(t) является идеальным с точки зрения быстродействия оно максимально возможное при полном отсутствии перерегулирования.
С другой стороны, для реализации точной компенсации есть следующие серьезные препятствия:
1) Необходимость источника энергии бесконечной мощности (с мгновенной реакцией на управляющее воздействие);
2) САР при точной компенсации становится незащищенной от помех (любая помеха в сигнале задания будет точно воспроизводиться, что приводит к неработоспособности системы);
3) Практическая невозможность приемлемой реализации сигналов производных;
4) Накладываемые в ряде случаев ограничения по максимально допустимой скорости изменения регулируемых координат.
Поэтому при последовательной коррекции компенсируют влияние только тех звеньев ОР, которые оказывают существенное влияние на работу системы. При этом в ОР, помимо скомпенсированных, останутся звенья, выполняющие роль фильтра.
Но даже если компенсировать влияние только части звеньев ОР, то передаточная функция регулятора во многих случаях оказывается сложной и трудно реализуемой. В связи с этим строятся так называемые системы подчиненного регулирования (СПР) (рис.10.2).
В ОР выделяют промежуточные координаты регулирования так, чтобы каждая из полученных элементарных передаточных функций ОР WOP1(s), WOP2(s), …, WOPn(s) содержала одну, максимум две большие постоянные времени, подлежащие компенсации.
Для каждой из промежуточных координат вводится свой регулятор, передаточную функцию которого можно синтезировать в достаточно простом виде. Используя ОС, по каждой из координат организуется контур регулирования. Выходной сигнал каждого регулятора (исключая самый внутренний) является входным (задающим) воздействием для внутреннего по отношению к нему (подчиненного ему) контура.
Регулирование в конечном счете ведется по последней координате xn(s). Но во многих случаях обращают внимание и на регулирование внутренних координат x1, x2, …, xn-1, поведение которых влияет на качество работы СПР в целом.
Синтез регуляторов СПР начинается с регулятора самого внутреннего (1-го) контура в соответствии с соображениями, рассмотренными выше. Далее синтезируется регулятор внешнего по отношению к 1-му – 2-го – контура, для которого в качестве объекта регулирования рассматривается последовательное соединение замкнутого 1-го контура и звена WOP2(s). Далее синтезируется регулятор 3-го контура и т.д.
Как правило, на практике ограничиваются общим числом контуров и регулируемых координат n£ 2…3. Например, в СПР скорости двигателей постоянного тока обычно организуют два контура – внутренний контур регулирования тока и внешний контур регулирования скорости. Это видно из структурной схемы двигателя, показанной на рис.6.13.
Отметим важное достоинство СПР: возможность простыми средствами осуществить ограничение регулируемых координат системы. Для этого достаточно на соответствующем уровне ограничить задающее воздействие для этой координаты, что достигается (рис.10.2) путем ограничения выходного сигнала регулятора внешнего контура.