Стабилизация (автоматич.)

Стабилизация в автоматическом управлении и регулировании, поддержание заданного постоянного во времени значения одной (или нескольких) регулируемой величины x (t) вне зависимости от внешних (по отношению к объекту С.) и внутренних возмущающих (дестабилизирующих) воздействий f, стремящихся отклонить регулируемую величину от заданного значения x0(t)= x0 = const (см. Регулирование автоматическое). Можно стабилизировать не только какую-либо измеряемую регулируемую величину, например эффективное значение электрического напряжения, но и любую заданную её функцию (и даже функцию нескольких первичных измеряемых величин). Количественную характеристику эффективности С. даёт безразмерный коэффициент стабилизации s, равный частному от деления малого относительного изменения дестабилизирующего воздействия ═на вызываемое им малое же относительное изменение регулируемой величины ; в пределе малые изменения заменяют дифференциалами:

.

Идеальная С. достигается при s®¥. Дестабилизирующих воздействий может быть несколько; соответственно этому вычисляют коэффициент С., характеризующие влияние каждого из факторов. Если дестабилизирующие воздействия регулярные и взаимно независимые, то общее влияние на стабилизируемый параметр равно алгебраической сумме этих воздействий. Если же дестабилизирующие воздействия нерегулярные (случайные), то их совместное влияние на стабилизируемый параметр оценивается геометрической суммой отдельных воздействий, Часто при общем расчёте системы С. пользуются коэффициентом s-1; идеальная С. регулируемого параметра достигается при s-1® 0. Нередко вместо коэффициентом s и s-1 для оценки работы системы С. пользуются значениями относительного (d) или абсолютного (D) отклонения стабилизируемой величины от заданного постоянного значения. Различают s, s-1, d, и D для мгновенных значений регулируемой величины x (t) (т. н. кратковременная стабильность) и для средних её значений за продолжительный промежуток времени, характерный для рассматриваемой системы и процесса С. (т. н. долговременная, или интегральная, стабильность). Кроме того, при медленном изменении x (t) характерной величиной для оценки эффективности работы системы С. служит т. н. дрейф x, вычисляемый обычно как скорость ухода x (t) от заданного значения x0 (за определённый характерный промежуток времени от 0 до t0):

Устройства С. ‒ стабилизаторы ‒ бывают двух основных видов: без обратной связи и с обратной связью. Стабилизаторы без обратной связи могут быть параметрическими либо с автоматической компенсацией дестабилизирующих воздействий. Стабилизатор с обратной связью представляет собой автоматический регулятор по отклонению регулируемой величины x (t) от значения x0, вырабатываемого задающим устройством, В параметрических стабилизаторах используется нелинейный стабилизирующий элемент, у которого в рабочем диапазоне выходная регулируемая величина почти не зависит от значения входных воздействий. При этом если влияние остальных дестабилизирующих воздействий по сравнению с изменением входной обобщённой величины мало, то на выходе параметрического стабилизатора получаются почти постоянные значения регулируемой величины. Параметрические стабилизаторы особенно широко применяют для стабилизации электрических величин, в частности электрического напряжения (см. Стабилизатор электрический). В стабилизаторах с автоматической компенсацией дестабилизирующего воздействия управляющая величина вырабатывается в функции этого единственного (или, во всяком случае, основного) фактора. В ряде случаев для автоматической компенсации основного дестабилизирующего воздействия так же, как и в параметрических стабилизаторах, используют нелинейный элемент. Если существенных (для данной системы) стабилизирующих факторов два и более, то С. с автоматической компенсацией дестабилизирующих воздействий обычно малоэффективна и как таковая в технике практически не применяется. В этих случаях пользуются комбинированными стабилизаторами с двумя цепями регулирования: одной ‒ по важнейшему возмущению (дестабилизирующему воздействию), т. е. без обратной связи, и второй ‒ по отклонению, т. е. с обратной связью. При этом включение цепи с компенсацией дестабилизирующего воздействия значительно повышает быстродействие стабилизатора (снижает запаздывание при работе), поскольку регулирование по возмущению не нуждается в образовании отклонения регулируемой величины от заданного значения, на что уходит некоторое время. Стабилизатор с обратной связью имеет замкнутую цепь воздействий и осуществляет сравнение действительного мгновенного значения регулируемой величины x (t) с заданным x0. Сигнал рассогласования e(t) = x0 ‒ x (t) преобразуется (при необходимости), усиливается и служит основой для управляющего воздействия, которое направлено (через регулирующий орган) в сторону уменьшения e(t); последнее через обратную связь вновь поступает в элемент сравнения, где снова вырабатывается сигнал рассогласования, и т.д. до тех пор, пока не будет достигнут порог нечувствительности какого-либо элемента в цепи последовательного прохождения сигнала через стабилизатор.

Лит.: Дусавицкий Ю. Я., Магнитуые стабилизаторы постоянного напряжения, М., 1970; Лукес Ю. Х., Схемы на полупроводниковых диодах, пер. с нем., М., 1972; Теория автоматического управления, под ред. А. В. Нетушила, ч. 2, М., 1972; Основы автоматического управления, под ред. B. С. Пугачева, 3 изд., М., 1974; Журавлев А. А., Мазель К. Б., Преобразователи постоянного напряжения на транзисторах, 3 изд., М., 1974.

═ М. М. Маизель.