5. Принципы регулирования и стабилизации для физических, производственных и социально-экономических объектов и процессов.

Различают следующие основные принципы управления:

Принцип разомкнутого управления – управляющее воздействие, вырабатывается только на основании задающего воздействия и априорной информации о возмущающих воздействиях, о значении управляемой величины, состоянии объекта управления, т.е. вектор управления, формируются только по вектору задания.

Достоинства: простота реализации.

Недостатки: возможность изменения У независимо от У_З под воздействием возмущающих факторов или из-за изменения параметров системы.

Принцип применим при мало меняющихся внешних воздействиях, параметрах системы и не высоких требованиях к точности управления.

Управление по возмущению (принцип компенсации) – управляющее воздействие вырабатывается на основании информации о задающем и контролируемых возмущающих воздействиях, действующих на объект управления.

Достоинства: система инвариантна, т.е. независима по отношению к контролируемому (измеряемому) возмущающему воздействию. Система быстродействующая (принцип применим для управления инерционными объектами).

Недостатки: учитывается одно или ограниченное число возмущающих воздействий, на которые настроено компенсирующее устройство (регулятор по возмущению). Зависимость управляющего воздействия от возмущающего фактора может быть сложной и поэтому реализуется лишь приближенно.

Управление по отклонению (принцип обратной связи) – управляющее воздействие вырабатывается на основе информации об отклонении управляемой величины от заданной без учета причин вызвавших это отклонение.

Достоинства: система реагирует на сам факт, наличия отклонения ΔУ не зависимо от причин вызвавших это отклонение. Следствием этого достоинства является отсутствие жестких требований к стабильности характеристик элементов системы.

Недостатки: принцип не применим для инерционных объектов.

Часто управляющее воздействие вырабатывается не только в функции отклонения (ΔУ), но и в функции производных и интегралов этого отклонения.

Управление в функции отклонения называется регулированием, управляющее устройство (УУ) в этом случае называется регулятором, а вся система называется системой автоматического регулирования (САР).

Характерной особенностью данного принципа управления является наличие главной обратной связи необходимой для определения ΔУ.

Кроме главной обратной связи в системах могут быть местные обратные связи, которые служат для улучшения динамических характеристик систем.

5. ПИД-регулирование для физических, производственных и социально-экономических объектов и процессов.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) (Эти три термина описывают простейшие элементы ПИД-контроллера. Каждый из этих элементов выполняет свою задачу и оказывает свое специфическое воздействие на функционирование системы.) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса.

ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи(сигнал рассогласования), второе — интеграл сигнала рассогласования, третье —производная сигнала рассогласования.

Пропорциональная составляющая

Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен заданному значению, то выходной равен нулю.

Однако при использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не стабилизируется на заданном значении. Существует так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. Например, в регуляторе температуры выходной сигнал (мощность нагревателя) постепенно уменьшается при приближении температуры к заданной, и система стабилизируется при мощности равной тепловым потерям. Температура не может достичь заданного значения, так как в этом случае мощность нагревателя станет равна нулю, и он начнёт остывать.

Чем больше коэффициент пропорциональности между входным и выходным сигналом (коэффициент усиления), тем меньше статическая ошибка, однако при слишком большом коэффициенте усиления, при наличии задержек в системе, могут начаться автоколебания, а при дальнейшем увеличении коэффициента система может потерять устойчивость.

Интегральная составляющая

Интегральная составляющая пропорциональна интегралу от отклонения регулируемой величины. Её используют для устранения статической ошибки. Она позволяет регулятору со временем учесть статическую ошибку.

Если система не испытывает внешних возмущений, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном значении, сигнал пропорциональной составляющей будет равен нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечивать интегральная составляющая. Тем не менее, интегральная составляющая также может приводить к автоколебаниям.

Дифференциальная составляющая

Дифференциальная составляющая пропорциональна темпу изменения отклонения регулируемой величины и предназначена для противодействия отклонениям от целевого значения, которые прогнозируются в будущем. Отклонения могут быть вызваны внешними возмущениями или запаздыванием воздействия регулятора на систему.