§ 1.3. Основные функциональные элементы сау

Основные и наиболее часто встречающиеся элементы систем автоматического управления показаны на функциональной схеме, приведенной на рис. 1.7. Она включает:

ЗУ – задающее устройство. Формирует желаемый закон изменения управляемой величины y(t) в виде сигнала g(t), который называется задающим воздействием или уставкой;

СЭ – сравнивающий элемент. Определяет отклонение или рассогласование ;

УП – усилитель-преобразователь;

ФУ – формирующее устройство. Формирует управляющее воздействие в соответствии с принятым законом управления;

КУ – корректирующее устройство. Служит для изменения в целесообразном направлении динамических свойств системы;

К – компенсатор. Служит для подавления (компенсации) вредного влияния возмущающего воздействия f на управляемый процесс;

ИМ – исполнительный механизм. Осуществляет оказание управляющего воздействия (управления) на объект управления путем изменения положения регулирующего органа РО. Регулирующий орган, как правило, изменяет (уменьшает или увеличивает) приток (отток) энергии или вещества к производственному агрегату.

ИП 1, ИП 2, ИП 3 – измерительные преобразователи (датчики). Они служат для получения информации о переменных системы и внешних воздействиях и для ввода её в регулятор;

КУ+ИП 1 – местная обратная связь. Образует внутренний замкнутый контур управления;

К+ИП 3 – прямая связь, которая служит для компенсации влияния возмущения f.

Измерительный преобразователь ИП 2 служит для образования главной обратной связи. В свою очередь, главная обратная связь служит для передачи информации с выхода системы на её вход, что приводит к образованию замкнутой системы

Представленная на рис. 1.7 схема является функциональной схемой замкнутой системы автоматического управления с обратной связью и двумя контурами управления.

§ 1.4. Принципы управления и информация

Регулятор САУ предназначен для формирования управляющего воздействия в соответствии с определенным соотношением, которое определяет связь управляющего воздействия (управления) с имеющейся информацией о цели управления, ходе управляемого процесса и внешних воздействиях, приложенных к системе. Аналитическое выражение этой связи управления с переменными, представляющими указанную информацию, называется законом управления (регулирования). Общий вид законов управления: u = U(g, ε, f, y, x), где – управляющее воздействие (управление), – отклонение (рассогласование) САУ.

Та или иная система управления создается обычно на основе определённого принципа управления, который и определяет вид указанной выше аналитической зависимости, т.е. вид закона управления. С другой стороны, закон управления реализуется регулятором САУ, поэтому принцип управления определяет фактически и принцип действия соответствующего автоматического регулятора, и ту информацию, которая используется для формирования управления.

Основными принципами управления являются следующие: управление по воздействиям, управление по отклонению, управление по состоянию и комбинированное управление.

Рассмотрим кратко основные свойства САУ, построенных на основе этих принципов.

САУ с управлением по воздействиям. Функциональная схема системы управления, построенной на основе этого принципа, показана на рис. 1.8.

Общий вид закона управления по воздействиям

Свойства системы с управлением по воздействиям:

- система разомкнутая;

- может быть реализована только при измеряемых воздействиях;

- компенсируется влияние (вредное) только измеряемых воздействий. Влияние неизмеряемых воздействий не компенсируется;

- ошибка системы очень сильно зависит от параметров системы и при их изменении сильно изменяется;

- при некоторых дополнительных условиях имеется возможность полной компенсации влияния измеряемого воздействия любой формы;

– системы данного типа обладают более высоким быстродействием по сравнению с системами других типов, так как компенсация влияния воздействия начинается одновременно с его возникновением.

САУ с управлением по отклонению. Функциональная схема системы в этом случае показана на рис. 1.9. Общий вид закона управления по отклонению

.

Свойства системы управления, построенной на основе управления по отклонению:

– система замкнутая. Это существенно меняет свойства системы в сторону их улучшения;

– компенсируется влияние всех воздействий (и измеряемых, и неизмеряемых), приложенных к замкнутому контуру. Это одно из основных достоинств систем данного типа;

– свойства системы значительно менее чувствительны к изменениям параметров объекта и регулятора (при достаточно большом коэффициенте усиления в замкнутом контуре);

– влияние воздействий произвольной формы не может быть скомпенсировано полностью;

– быстродействие системы ниже, чем в предыдущем случае, так как компенсация воздействия начинается лишь после того, как возникнет отклонение.

САУ с управлением по состоянию. Схема системы в этом случае приведена на рис. 1.10. Общий вид закона управления по состоянию

,

где – переменные состояния объекта управления.

По своим свойствам системы с управлением по состоянию близки к системам с управлением по отклонению, но за счет использования большей информации обладают более широкими возможностями в смысле придания желаемых характеристик системе управления. Системы с управлением по состоянию применяются для управления наиболее сложными объектами, к качеству процесса управления которыми предъявляются повышенные требования.

Системы с комбинированным управлением. Комбинироваться могут:

– управление по отклонению и воздействиям;

– управление по состоянию и воздействиям и т.д.

Одна из возможных схем системы управления, в которой реализуется комбинированное управление по отклонению и воздействию (возмущению f) приведена на рис. 1.11.

Общий вид комбинированного закона управления по отклонению и воздействиям u = U(ε, g, f). Это управление применяется, если есть возможность измерить какие-либо воздействия.

Любой принцип комбинированного управления позволяет в результате объединения придать системе лучшие качественные свойства каждого из комбинируемых принципов. Поэтому при построении комбинированных систем, например, с управлением по состоянию и воздействиям обычно с помощью управления по воздействиям стремятся устранить влияние наиболее сильных возмущений. Компенсация влияния остальных воздействий, а также обеспечение требований по динамике и точности системы возлагается на управление по состоянию.