1.3 Принципы управления

Качественный смысл работы любой системы автоматического управления всегда один и тот же: необходимо выбрать управляющее воздействие так, чтобы объект вел себя желательным образом; идеальный вариант, когда при выбранном управлении отсутствует ошибка, т. е. сигнал e(t) = y*(t) – y(t)  0. Такие системы называют инвариантными. Каковы возможности достижения этой цели? Оказывается, что существуют некоторые общие принципы, согласно которым функционируют любые САУ независимо от характера протекающих в них процессов.

1.3.1 Программное управление (управление по разомкнутому циклу, без обратной связи)

При программном управлении система (рис. 1.20) строится без датчика, т. е. обратная связь отсутствует. Это, так называемая, разомкнутая система (нет связи входа с выходом). Сигнал управления u(t) рассчитывается только как функция времени, ничто другое на его определение не влияет.

Рис. 1.20. Схема программного управления

Чтобы грамотно рассчитать сигнал управления u(t), необходимо хорошо знать не только свойства ОУ и привода, но также и характер изменения возмущения во времени. Это обязательно для пересчета (компенсации) возмущения z(t) в управляющий сигнал v(t). Принцип хорош своей простотой, но может быть использован лишь тогда, когда все известно заранее. Важно понять, что даже следование идеально рассчитанной программе может не дать эффективного решения для реальных объектов. Дело в том, что при расчете программы опираются на математические модели, использующие оценки параметров системы и внешних факторов; любые неточности могут привести к ошибкам и даже к неработоспособности систем с управлением по разомкнутому циклу.

1.3.2 Управление по возмущению (принцип Понселе)

В систему (рис. 1.21) вводится датчик, измеряющий возмущение. Измеренное возмущение учитывается в управляющем устройстве: u = u(t, z). Этот вид управления используется, если вид возмущающих воздействий заранее плохо известен (или совсем неизвестен), но имеется возможность непосредственного измерения возмущений в процессе работы системы.

Рис. 1.21. Схема управления по возмущению

Такие измерения можно эффективно использовать, однако есть и недостатки. Например, при неточной компенсации возмущений ошибки могут неограниченно возрастать.

1.3.3 Управление с обратной связью по ошибке

При управлении по ошибке сигнал управления u вырабатывается в зависимости от рассогласования (отклонения) реального значения y(t) характеристики выхода от ее требуемого значения y*(t).

Если e(t) = y*(t) – y(t), то u = u(e) (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Схема управления с обратной связью

Управление с обратной связью является универсальным принципом управления, используемым в технике, живой природе, социальных и др. системах. Главная особенность принципа состоит в том, что для его использования свойства объекта, привода и вообще всей системы могут быть известны весьма приближенно. Точное знание не требуется, система может эффективно функционировать без точного описания. Однако, чем глубже знания об ОУ, тем лучше можно спроектировать всю СУ.