2.2. Принцип управления по отклонению.

 

Более высокое качество управления позволяют получить замкнутые САУ, в которых используется информация об управляемом параметре (рис. 4). В таких системах измеряется значение управляемого параметра. Устройство управления производит сравнение полученного сигнала с заданным значением и при наличии разности вырабатывается управляющее воздействие, направленное на уменьшение полученной величины рассогласования заданного и измеренного значений параметров. При этом устройство управления стремится компенсировать это отклонение независимо от причин, его вызывающих.

Данный принцип управления иногда называют компенсационным принципом Ползунова-Уатта. Такой способ управления является основным для большинства современных САУ.

Рис. 4. Функциональная схема САУ, построенной на базе принципа управления по отклонению.

 

В САУ, использующей принцип управления по отклонению, управляющее воздействие на объект, определяется как

Рассмотрим систему автоматического управления с обратной связью, структурная схема которой представлена на рис 5.

Рис. 5. Структурная схема САУ, построенной на базе принципа управления по отклонению.

 

В САУ, использующей такой принцип управления входят следующие основные элементы:

• задающее устройство (ЗУ), необходимое для реализации алгоритма работы объекта управления, выражающего в формировании управляющего воздействия ;

• измерительный преобразователь (ИП), обеспечивающий измерение управляемой координаты;

• элемент сравнения (ЭС), выявляющий отклонение управляемой координаты от ее требуемого значения.

• промежуточный усилитель (У), обеспечивающий формирование требуемого закона управления ОУ.

• объект управления (ОУ).

Принцип работы САУ заключается в измерении управляемой координаты с помощью ИП и сравнении полученного сигнала с задающим . Элемент сравнения выявляет разность этих сигналов, представляющую ошибку управления. Этот сигнал используется для формирования управляющего воздействия на ОУ . Очевидно, что выходная координата является функцией как задающего сигнала , так и своего собственного значения. То есть

.

Первая составляющая выходного сигнала формируется по прямому каналу управления, а вторая – по каналу с обратным направлением передачи информации, называемому каналом обратной связи или просто обратной связью. Так как такая связь обеспечивается элементом сравнения, вычисляющим разность сигналов задания и обратной связи, то такой вид обратной связи называется отрицательной. Если сигнал обратной связи определяется алгебраическим суммированием сигналов задания и обратной связи, то такая связь называется положительной.

Поэтому такой принцип управления называется управлением с обратной связью. Так как в такой САУ присутствует замкнутый контур для прохождения информации, то такие системы называют замкнутыми САУ.

Замкнутой САУ называют систему, в которой процесс управления ОУ зависит от результата управления.

Системы, которые непосредственно не используют конечные результаты управления объектом, называют разомкнутыми. Следовательно, САУ, построенные с использованием принципа управления по возмущению являются разомкнутыми.

Рассмотрим особенности замкнутых САУ.

Объект управления характеризуется уравнением вида

.

При отсутствии управления при изменении возмущающего воздействия на ОУ на его выходе появляется отклонение управляемого сигнала от требуемого значения. Это отклонения является ошибкой управления при отсутствии обратной связи, то есть в разомкнутой системе. Его величина определяется как

.

Канал измерения сигнала обратной связи может быть представлен выражением вида:

.

Элемент сравнения сигналов представляется выражением вида

.

Управляющее воздействие на объект может быть представлено как

.

С учетом этих уравнений сигнал на выходе объекта управления определяется как

.

Решая это уравнение относительно управляемой координаты ОУ получаем, что

.

Учитывая, что , получаем

.

где – заданное значение управляемой координаты,

— ошибка управления в замкнутой САУ.

– суммарный коэффициент передачи замкнутого контура управления.

Очевидно, что при достаточно большом коэффициенте передачи замкнутого контура управления ошибка управления в замкнутой системе будет много меньше, чем в разомкнутой. То есть справедливо соотношение

.

Статические характеристики разомкнутой и замкнутой САУ представлены на рис. 6.

Полученное выражение является базовым для определения свойств и параметров замкнутой САУ. Действительно, если известен суммарный коэффициент усиления замкнутой САУ и ее свойства ОУ, т возможно определение ошибки в замкнутой системе. И наоборот, если задана величина ошибки САУ, возможно определение требуемого суммарного коэффициента передачи с помощью следующего неравенства:

.

Рис. 6. Статические характеристики с САУ с обратной связью.

 

Очевидно, что при воздействии на объект нескольких возмущающих факторов, свойства уменьшения ошибки управления сохраняются. Действительно, если ОУ представляется выражением вида

,

сигнал на выходе объекта определяется как

.

Поскольку , то есть это является ошибкой разомкнутой САУ относительно выбранного возмущающего фактора, то выходная координаты ОУ определяется как

.

Следовательно, суммарная ошибка управления в замкнутой САУ определяется как:

.

Преимущества такого способа управления:

• Большая гибкость и приспособляемость к различным условиям эксплуатации САУ.

• Возможность уменьшения влияния любых внешних возмущений на объект управления.

• Малая чувствительность к изменению параметров регулятора и объекта управления.

Недостатки:

• Невозможность полного устранения влияния возмущающих воздействий на величину вектора выходных состояний объекта управления.

• Возникновение проблем с устойчивостью САУ при попытках увеличения коэффициента усиления системы.