Synteza regulatora ułamkowego rzędu dla określonej klasy obiektów z opóźnieniem

W pracy rozpatrzono problem doboru wartości parametrów regulatora ułamkowego rzędu zapewniającego zadany zapas stabilności układu regulacji z obiektem inercyjnym pierwszego rzędu z całkowaniem i opóźnieniem. Postać transmitancji regulatora wynika z zastosowania idealnej transmitancji Bodego jako transmitancji odniesienia dla układu otwartego z regulatorem. Wykorzystując klasyczną metodę podziału D podano analityczno-komputerowe metody wyznaczania obszarów stabilności na płaszczyźnie parametrów regulatora. Podano także proste zależności analityczne pozwalające wyznaczyć wartości parametrów regulatora, dla których rozpatrywany układ regulacji charakteryzuje się zadanymi wartościami zapasu modułu i fazy.

The paper presents the design problem of a fractional order controller satisfying gain and phase margin of the closed-loop system with time-delay inertial plant with integral term (1). The controller transfer function (2) results from the use of Bode's ideal transfer function as a reference transfer function for the open loop system. The characteristic function of the closed-loop system with plant (1), controller (2) and the gain-phase margin tester (Fig. 1) is given by (3). The closed-loop system is said to be bounded-input bounded-output stable if and only if all the zeros of the characteristic function (3) have negative real parts. Using the classical D-partition method, a simple and efficient computational method for determining stability regions in the controller parameters space (α, kc) is given. Analytical descriptions for boundary of stability regions in the controller parameters space are determined. The stability region is located between the real zero boundary kc = 0 and the complex zero boundary of the form (7), (8). The presented descriptions for the boundary of stability regions are also used for obtaining stability regions for specified gain and phase margins requirements. To determine the stability regions for a given value of the control system gain margin A, one should set α = 0. On the other hand by setting A = 1, there can be obtained the stability regions for a given phase margin α. The stability regions of quasi-polynomial (3) are shown in Figs. 2 and 3. Any point from the stability region provides the gain and phase margins requirements. Moreover, the analytical forms directly expressing the controller parameters for specified gain and phase margin requirements are determined. The numerical examples confirm the results received on the basis of the D-partition method.