Последовательность этапов синтеза:
1. Структурно-параметрическая декомпозиция объекта управления.
Объект управления разбивают на последовательно соединенные
элементарные линейные динамические звенья (апериодические первого-второго порядка, интегральные и колебательные второго порядка) – W оу,1(P), W оу,2(P), …, W оу,n(P); порядок объекта управления (n) принимается равным числу этих звеньев; синтез САУ начинают с внутреннего (наиболее быстрого) контура регулирования; в подъобект регулирования каждого контура последовательно включают фильтр (апериодическое звено первого порядка) с эквивалентной малой постоянной времени T m, i , i = 1,…, n; величину эквивалентной малой постоянной времени T m, i каждого контура регулирования выбирают как минимум в 2 раза больше эквивалентной малой постоянной времени предыдущего контура регулирования, т. е. T m, i ³2 T m, i -1, i = 2,…, n.
В результате структурно-параметрической декомпозиции в подъобекте каждого контура регулирования должны быть выделены 1-2 больших постоянных времени (БПВ) и одна эквивалентная малая постоянная времени T m, i (ЭМПВ).
2. Выбор критерия качества регулирования отдельного контура.
В качестве критерия качества регулирования каждого контура будем
принимать желаемую передаточную функцию разомкнутого контура. Для электромеханических САУ целесообразно применять настройки контуров регулирования на ТО или СО. Желаемую передаточную функцию разомкнутого контура в этом случае записывают в виде:
а) при настройке на ТО:
,
б) при настройке на СО:
3. Определение структуры и параметров регурятора каждого контура регулирования (структурно-параметрический синтез регуляторов).
Передаточная функция оптимального регулятора i –го контура
определяется в виде:
где W оу, i (P) – передаточная функция подобъекта регулирования, входящая в i –й контур регулирования;
W ос, i (P) – передаточная функция звена отрицательной обратной связи i -го контура регулирования.
Далее производится расчет численных значений параметров синтезированных регуляторов (коэффициентов передач, постоянных времени интегрирования, дифференцирования, изодромных звеньев).
4. Выбор элементной базы и расчет параметров и настроек принципиальной схемы регулятора каждого контура.
Современные электронные устройства управления непрерывных САУ реализуют, как правило, на основе операционных усилителей в интегральном исполнении. В частности, в системах управления электроприводами наибольшее распространение получили следующие серии операционных усилителей: К140, К153, К553, К157 и др.
Расчет параметров принципиальной схемы регулятора сводится к расчету численных значений резисторов и конденсаторов во входной цепи и цепи обратной связи операционного усилителя. Примеры расчета регуляторов САУ приведены в следующих разделах.
Некоторые регуляторы могут содержать дополнительные цепи настройки их параметров (подстроечные резисторы), позволяющие в некоторых пределах подстраивать параметры контура регулирования, устанавливать допустимые уровни ограничения координат САУ, выполнять функции защиты САУ при возникновении аварийных (нештатных) ситуаций.