5. Блоки та алгоритми пристроїв управління. Регулятори та блоки задавання

До складу пристроїв управління системи, призначеної для розв’язування розглянутих раніше локальних задач входять блок задавання (ЗБ) та регулятор вихідних змінних, рис. 22.

Рис. 22. Багатоканальна система управління

У сучасних системах блоку необов’язково відповідає фізичний пристрій, у більшості випадків – це алгоритм чи програма розрахунків потрібних змінних (сигналів), що відповідає кібернетичному трактуванню цього питання.

Регулятором називається блок (алгоритм), який дає змогу розрахувати керуючу дію і з метою розв’язання локальної задачі управління. Алгоритмом управління називається набір аналітичних виразів, які використовуються для розрахунку керуючих дій. Типовий алгоритм управління за вихідною змінною має вигляд:

Рис. 23. До схеми типового управління за вихідною змінною

Рис. 24. До схем пропорційного, пропорційно-диференціадьного, пропорційно-інтегрального та пропорційно-інтегрально-диференціального регуляторів

(4)

де розузгодження розраховується за формулою:

, (5)

а оператором можуть бути алгебраїчні, трансцендентні, інтегро-диференціальні оператори, оператори Лапласа, булеві функції, та ін. Найпростішими алгоритмами управління (регуляторами) є регулятори відхилення типу:

(6)

До них відносяться типові регулятори – пропорційний, чи П-регулятор:

, (7)

пропорційно-диференціальний, чи ПД-регулятор:

(8)

пропорційно-інтегральний, чи ПІ-регулятор:

, (9)

пропорційно-інтегрально-диференціальний, чи ПІД-регулятор:

, (10)

де - сталі коефіцієнти. Призначення типових регуляторів та властивості систем управління, побудованих з їх використанням є окремим питанням.

Блоком задавання називається блок (алгоритм), який здійснює розрахунок дії задавання У тривіальних випадках такими блоками є задаючі рукоятки та пульти, а у більш досконалих системах – апаратно та програмно реалізовані генератори сигналів задавання.

Рис. 25. Рух об’єкта управління із сталими швидкістю та прискоренням

До найпростіших блоків задавання можна віднести блоки, які генерують сигнали для задач стабілізації, де , та елементарних задач слідкування. Для організації руху об’єкта управління з постійною швидкістю використовується алгоритм, який описується диференціальним рівнянням

,

і забезпечує генерування дії задавання

.

Для отримання рівняння руху із сталим прискоренням застосовується алгоритм

який забезпечує генерування сигналу

і т. д. Більш складним блоком задавання є інтерполятор – багатоканальний блок задавання, призначений для розрахунку поточних значень узгоджених дій задавання, тобто сигналів підпорядкованих функціональній залежності типу

(11)

Вихідні сигнали інтегратора використовуються у слідкуючих системах, які забезпечують розв’язок задач узгодженого управління, зокрема траекторного управління механічними системами з багатьма ланками, де потрібна траєкторія руху робочої точки механізму задана рівнянням (11).

Структура системи управління станом ілюструється рис.

Рис. 26. Система управління станом.