Принципы управления. Автоматического управления

Автоматического управления

Принципиальная схема

Рассмотрим схему, представленную на рис. 1.3. На ней обозначены шесть элементов, выполняющие функции, необходимые для осуществления процесса автоматического управления.

Задающее устройство (ЗУ) – вырабатывает команды управляющему устройству (регулятору).

Сумматор (С) – устройство, алгебраически суммирующее сигналы, поступающие от задающего устройства и по каналу обратной связи. Затушеванный сектор означает, что сигнал обратной связи имеет знак, противоположный знаку сигнала от задающего устройства.

Усилитель (У) – устройство, усиливающее сигнал, поступающий от сумматора.

Исполнительный механизм (ИМ) – вырабатывает воздействие, способное изменить управляемый параметр объекта управления.

Объект управления (ОУ) – устройство, процесс в котором изменяют для достижения поставленной цели.

Измерительное устройство (ИУ) – регистрирует сигнал, свидетельствующий об изменении параметра объекта управления, преобразует его и посылает в сумматор.

Взаимодействие элементов обеспечивается движением сигналов. Направление указывается стрелками.

Проанализируем работу схемы.

На вход объекта управления ОУ подается управляющее воздействие x (t). На выходе снимается сигнал y (t), свидетельствующий о состоянии объекта. Под влиянием возмущения z (t) величина y (t) отклоняется от назначенной. Сигнал регистрируется измерительным устройством ИУ и поступает на сумматор С. Линия, по которой объект управления посылает информацию о состоянии объекта в управляющее устройство УУ, образует обратную связь ОС. Назначение сумматора – сравнить сигнал от объекта управления с задающим сигналом u (t). Последний поступает от задающего устройства ЗУ. Сумматор вычитает один сигнал из другого и формирует сигнал рассогласования (ошибки): ε(t) = u (t) – y (t). Сигнал рассогласования может быть отрицательным или положительным, смотря по тому, больше регулируемая величина y (t) чем задаваемая u (t) или меньше. При любом неравенстве на усилитель У и далее на исполнительный механизм ИМ поступает сигнал, по знаку противоположный регулируемой величине. Получается, что управляющее устройство вырабатывает сигнал, обратный по знаку воздействия внешнего возмущения z (t). Тем самым действие возмущения нейтрализуется, процесс возвращается к норме, регулируемый параметр y (t) становится тем, который отвечает назначению.

По отклонению. Воздействие на объект вырабатывается как функция отклонения управляемой величины от предписанного значения. Регистрируется отклонение управляемой величины y (t) от заданного значения u (t), рис. 1.2. Управляющее устройство сравнивает значения y (t) и u (t), вырабатывает регулирующее воздействие x (t) и устраняет рассогласование. То есть, как было описано при анализе работы функциональной схемы на рис. 1.3. Регулирующее воздействие осуществляется независимо от числа, природы и места появления возмущений. На практике системы с таким управлением получили преимущественное распространение.

Отметим: системы регулирования по отклонению являются замкнутыми.

По возмущению. Воздействие на объект вырабатывается как компенсирующее отрицательное воздействие возмущений. Из действующих на систему возмущений выбирают основное (оно должно быть измеряемым). Управляющее устройство сравнивает возмущающий сигнал z (t) с задаваемым u (t) и формирует регулирующее воздействие x (t) на объект. Чем достигается компенсация помехи, рис. 1.4.

ОУ

УУ

z (t)

u (t)

x (t)

y (t)

Рис. 1.4. Регулирование по возмущению

Практически регулирование по возмущению не всегда удается организовать, т.к. возмущений обычно несколько и не все можно измерить. Кроме того, система разомкнутая. В управляющее устройство не поступает сигнал о текущем значении регулируемой величины. С течением времени отклонение y (t) от заданного значения может превысить допустимые пределы.

Комбинированное. Регулирование по отклонению и по возмущению осуществляется одновременно, рис. 1.5. В схему вводятся два управляющих устройства: по каналу обратной связи и по каналу возмущения.

УУ₂

УУ₁

ОУ

z (t)

z (t)

x (t)

y (t)

y (t)

u (t)

Рис. 1.5. Комбинированное регулирование

Управляющее устройство УУ₂ компенсирует отрицательное влияние основного возмущения, а УУ₁ – всех других. Комбинированное регулирование позволяет получать высококачественные САР.

Как упоминалось выше, системы с компенсацией разомкнутые. Разомкнутыми могут быть так же системы с программным управлением, в которых требуется изменять управляемую величину заранее предписанным образом. Закон изменения управляемой величины задается программой управляющего устройства или оператором.

Все остальные виды САР выполняются замкнутыми или комбинированными.

Замкнутыми выполняются системы автоматической стабилизации, системы с программным управлением и следящие системы.

В следящих системах значение регулируемой величины заранее неизвестно: это значение является функцией некоторой внешней величины, способной изменяться непредсказуемым способом. Зарегистрировав изменение внешней величины, задающее устройство вырабатывает сигнал на соответствующее изменение регулируемой величины. Работа системы предусматривает постоянное отслеживание поведения внешней величины.

На принципе комбинированного управления создаются системы автоматической стабилизации, следящие, самонастраивающиеся (системы экстремального регулирования). В последних оптимальный режим работы характеризуется экстремальным значением показателя эффективности процесса. Осуществляется автоматический поиск обеспечивающих экстремальность управляющих воздействий.

Дата добавления: 2014-01-05