Каскадное регулирование
Каскадное регулирование – это регулирование, при котором два и более контуров регулирования соединены таким образом, чтобы выход одного регулятора корректировал уставку другого регулятора.
На рисунке ниже представлен пример блок-схемы каскадного регулирования.
Рисунок 1. Блок-схема каскадного регулирования. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Блоки представляют собой компоненты двух контуров регулирования:
- Ведущий, который составлен из элементов A, E, F, G.
- Ведомый, состоящий из элементов системы регулирования A, B, C, D.
Выход регулятора ведущего контура является уставкой для ведомого регулятора. Регулятор ведомого контура вырабатывает управляющий сигнал для исполнительных механизмов. Для процессов, имеющих существенные характеристики запаздывания, ведомый контур каскадной системы способен обнаруживать рассогласования в процессе раньше, благодаря чему уменьшается время, которое требуется для устранения рассогласования. Таким образом ведомый контур регулирования «делит» запаздывание и уменьшает воздействие возмущения на процесс. В системах каскадного регулирования используется более одного первичного чувствительного элемента, то есть регулятор получает больше одного входного сигнала и, следовательно, система каскадного регулирования является многоконтурной системой регулирования.
Расчет настроек регуляторов при каскадном регулировании
Пример структурной схемы каскадной системы автоматического управления изображена на рисунке ниже.
Рисунок 2. Структурная схема каскадной системы автоматического управления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: Wоб1(s), Wоб(s) - передаточные функции объекта регулирования; у1, у - промежуточный и основной каналы; Wрег(s), Wрег2(s) - передаточные функции вспомогательного и основного регулятора; Р1 - вспомогательный регулятор; Р2 - основной регулятор; узад1, узад - заданные значения регулируемой величины во внутреннем и внешнем контурах; х - регулирующее воздействие; F - возмущающее воздействие.
Одним из способов решения задачи настроек регулятора при каскадном регулировании является последовательное применение метода расширенных частотных характеристик для внутреннего и внешнего контура. Для Matlab разработана программа для расчета настроек регулятора данным методом. Это программа позволяет по заданным типам регуляторов, передаточной функции объекта регулирования, а также степени колебательности определить оптимальные настройки регулятора при каскадном регулировании. Последовательность расчета при применении метода расширенных частотных характеристик выглядит следующим образом:
- Составление передаточной функции объекта управления для внутреннего контура.
- Составление передаточной функции объекта управления для внешнего контура.
- Расчет пропорциональной составляющей вспомогательного регулятора.
- Расчет настроек корректирующего регулятора во внешнем контуре.
- Составление передаточной функции замкнутого внутреннего контура и всей системы.
Недостаток метода расширенных частотных характеристик заключается в ограничении степени колебательности. Степень колебательности замкнутой системы должна быть меньше степени колебательности для разомкнутой системы. От такого недостатка свободны численные методы расчета регулятора при каскадном регулировании. Применение функции fmincon, которая использует метод последовательного квадратичного программирования, позволило создать в Matlab программное приложение для определения оптимальных настроек регуляторов в каскадных системах автоматического регулирования. При использовании численного метода расчета настроек вспомогательного и основного регулятора в каскадных автоматических системах управления нужно задавать их начальные значения. Настройки регуляторов зависят от выбора начального приближения, в качестве которого могут быть использованы результаты расчета настроек регуляторов в каскадных автоматических системах управления методом расширенных частотных характеристик. В данном случае полученные настройки регуляторов каскадной системы численным методом обеспечивают сопоставимые с методом расширенных частотных характеристик характеристики качества, к которым относятся время переходного процесса и перерегулирование.
