Билет 2

3. Классификация су по принципу управления (управление по возмущению, по отклонению, комбинированные системы).

Для ознакомления с основными видами систем автоматического управления и соответствующей терминологией рассмотрим классификацию САУ по ряду признаков, существенных с точки зрения теории автоматического управления.

Существуют всего два принципа управления. Один из них называется управлением по возмущению, а другой управлением по отклонению.

Рассмотрим, как реализуется принцип управления по возмущению.

Рис. 1.1. Разомкнутая система управления.

В этом случае (рис. 1.1) контроллер получает информацию о цели управления в виде изменяющегося со временем векторного сигнала и возмущающих воздействиях . На основании этой информации он формирует вектор управляющих воздействий таким образом, чтобы достигалась цель управления, т.е. выполнялось равенство (1.1). Поскольку контроллер не получает информацию о векторе , необходимую для проверки выполнения данного равенства, то он должен располагать математической моделью управляемого объекта, устанавливающей взаимосвязь между векторами входных воздействий , и вектором выходных сигналов , а также алгоритмом управления, позволяющим определить вектор на основании информации о векторах и .

Системы управления по возмущению называются разомкнутыми, т.к. у них отсутствует передача информации с выхода системы на ее вход.

Достоинством разомкнутых систем является высокое быстродействие управления, поскольку они реагируют непосредственно на причину (изменение вектора ) появления ошибки управления , а не на ее следствие (изменение вектора ). Однако математическая модель управляемого объекта и информация о векторе должны быть достаточно достоверными, чтобы с требуемой точностью обеспечить выполнение равенства (1.1). На практике такая достоверность обычно недостижима ввиду допусков на изготовление деталей объекта, изменчивости его параметров (например, коэффициента теплопередачи котла в результате зашлаковки поверхностей нагрева) и наличия неконтролируемых возмущений. Поэтому разомкнутые системы управления применяются крайне редко.

Рассмотрим системы, реализующие принцип управления по отклонению.

Рис. 1.2. Замкнутая система управления.

В этом случае в структуру системы управления вводится добавочный канал, по которому контроллер получает информацию о действительных значениях координат вектора в каждый момент времени; что позволяет контроллеру при появлении ошибки управления изменить управляющее воздействие таким образом, чтобы обеспечить выполнение требования

, (1.3)

где - некоторая скалярная функция от вектора ошибки управления , называемая критерием управления, который численно характеризует степень успешности достижения системой управления поставленной перед ней цели.

Соответствующая функциональная схема системы управления приведена на рис. 1.2.; канал, по которому информация с выхода объекта подается на вход контроллера называется каналом обратной связи, или просто обратной связью.

В системах управления с обратной связью имеется замкнутый контур циркуляции сигналов, поэтому такие системы получили название замкнутых.

Замкнутые системы способны обеспечивать высокое качество управления при наличии неконтролируемых координат у вектора . Следовательно, обратная связь - это средство управления при неполной информации, придающее системе свойство адаптивности (приспосабливаемости) к изменениям условий ее работы.

Однако быстродействие замкнутых систем ниже, чем у разомкнутых, т.к. они реагируют лишь на следствие (изменение вектора ) воздействия на объект возмущений и принципиально не способны предотвратить появление ошибки управления . Поэтому для них цель управления формулируется в виде требования (1.3).

Командный блок непрерывно анализирует полученную информацию на основании принятого критерия качества управления . На основании такого анализа он может принять решение все оставить без изменений, если качество управления будет признано удовлетворительным, или модифицировать алгоритм управления, если оно окажется недопустимо низким.

Системы управления, способные изменять в процессе функционирования алгоритм управления, приспосабливаясь, таким образом, к изменяющимся условиям работы, получили название адаптивных.

В тех случаях, когда некоторые из возмущающих воздействий доступны непосредственному контролю, целесообразно использовать системы, в которых управление осуществляется как по возмущению, так и по отклонению. Такие системы называются комбинированными (рис. 1.3). Согласно рис. 1.3 в комбинированной системе контролируемое возмущение поступает на вход так называемого корректирующего устройства, вырабатывающего сигнал , который затем со знаком минус добавляется сумматором к сигналу задания . Следовательно, в комбинированной системе ошибка управления определяется равенством

. (1.4)

Согласно выражению (1.4) комбинированная система быстрее реагирует на контролируемое возмущение , т.к. сигнал оказывает влияние на величину ошибки управления сразу при появлении этого возмущения, еще до того, как оно повлияет на управляемый объект.

Рис. 1.3. Комбинированная система управления