Войти
Обратная связь по второстепенному циклу - это классический метод, используемый для разработки устойчивых устойчивых систем управления с линейной обратной связью с использованием контуров обратной связи вокруг подсистем в рамках общего контура обратной связи. В колледже этот метод иногда называют синтезом второстепенного контура. учебники, некоторые правительственные документы.
Метод подходит для проектирования графическими методами и использовался до того, как стали доступны цифровые компьютеры. Во время Второй мировой войны этот метод использовался для разработки систем управления наводкой. Он все еще используется сейчас, но не всегда называется по имени. Это часто обсуждается в контексте методов графика Боде. Для стабилизации операционных усилителей можно использовать второстепенную обратную связь по контуру.
Сервопривод углового положения и график потока сигналов. θ C = команда желаемого угла, θ L = фактический угол нагрузки, K P = усиление контура положения, V ωC = команда скорости, V ωM = напряжение измерения скорости двигателя, K V = усиление контура скорости, V IC = текущая команда, V IM = ток напряжение считывания, K C = усиление токовой петли, V A = выходное напряжение усилителя мощности, L M = индуктивность двигателя, I M = ток двигателя, R M = сопротивление двигателя, R S = сопротивление датчика тока, K M = постоянный крутящий момент двигателя (Нм / ампер), T = крутящий момент, M = момент инерции всех вращающихся компонентов, α = угловое ускорение, ω = угловая скорость, β = механическое демпфирование, G M = постоянная обратной ЭДС двигателя, G T = преобразование тахометра постоянная усиления. Есть один прямой путь (показан другим цветом) и шесть контуров обратной связи. Приводной вал считается достаточно жестким, чтобы его нельзя было рассматривать как пружину. Константы показаны черным, а переменные - фиолетовым. Преднамеренная обратная связь показана пунктирными линиями. Этот пример немного упрощен (без передач между двигателем и нагрузкой) из системы управления для телескопа Харлана Дж. Смита в обсерватории Макдональда.. На рисунке показаны три контура обратной связи: контур управления током, контур управления скоростью и контур управления положением. Последний - основной цикл. Два других - второстепенные петли. Прямой путь, рассматривающий только прямой путь без обратной связи второстепенного контура, имеет три неизбежных этапа фазового сдвига. Индуктивность двигателя и сопротивление обмотки образуют фильтр нижних частот с полосой пропускания около 200 Гц. Ускорение до скорости - это интегратор, а скорость до положения - интегратор. Это будет иметь общий фазовый сдвиг от 180 до 270 градусов. Простое подключение обратной связи по положению почти всегда приводит к нестабильному поведению.
Самый внутренний контур регулирует ток в моментном двигателе. Этот тип двигателя создает крутящий момент, который почти пропорционален току ротора , даже если он вынужден вращаться назад. Из-за действия коммутатора бывают случаи, когда две обмотки ротора находятся под напряжением одновременно. Если бы двигатель приводился в действие источником напряжения, управляемым напряжением, ток примерно удвоился бы, как и крутящий момент. Измеряя ток с помощью небольшого чувствительного резистора (R S) и подавая это напряжение обратно на инвертирующий вход усилителя возбуждения, усилитель становится источником тока, управляемым напряжением. При постоянном токе, когда две обмотки находятся под напряжением, они делят ток, и изменение крутящего момента составляет порядка 10%.
Следующий внутренний цикл регулирует скорость двигателя. Сигнал напряжения от тахометра (небольшой генератор постоянного тока с постоянными магнитами) пропорционален угловой скорости двигателя. Этот сигнал подается обратно на инвертирующий вход усилителя управления скоростью (K V). Система управления скоростью делает систему «жестче», когда она представлена изменениями крутящего момента, такими как ветер, движение вокруг второй оси и пульсация крутящего момента от двигателя.
Самый внешний контур, главный контур, регулирует положение нагрузки. В этом примере обратная связь по положению фактического положения нагрузки представлена датчиком вращения , который выдает двоичный выходной код. Фактическое положение сравнивается с желаемым положением с помощью цифрового вычитателя, который управляет ЦАП (Цифро-аналоговый преобразователь ), который управляет усилителем управления положением (K P). Управление положением позволяет сервоприводу компенсировать провисание и небольшую пульсацию положения, вызванную шестернями (не показаны) между двигателем и телескопом
Обычная процедура проектирования заключается в проектировании самой внутренней подсистемы (текущая контур управления на примере телескопа) с использованием локальной обратной связи для линеаризации и выравнивания усиления. Стабильность обычно обеспечивается методами графика Боде. Обычно полоса пропускания делается максимально широкой. Затем строится следующий цикл (контур скорости в примере телескопа). Пропускная способность этой подсистемы устанавливается в 3-5 раз меньше, чем полоса пропускания закрытой системы. Этот процесс продолжается, и каждый цикл имеет меньшую полосу пропускания, чем полоса пропускания закрытой системы. Пока полоса пропускания каждого контура меньше, чем полоса пропускания замкнутой подсистемы в 3-5 раз, фазовым сдвигом замкнутой системы можно пренебречь, то есть подсистему можно рассматривать как простое плоское усиление. Поскольку полоса пропускания каждой подсистемы меньше, чем полоса пропускания системы, которую она включает, желательно сделать полосу пропускания каждой подсистемы как можно большей, чтобы было достаточно полосы пропускания во внешнем контуре. Система часто выражается в виде графика потока сигналов, и ее общая передаточная функция может быть вычислена с помощью формулы усиления Мейсона.
