1. Принцип управления по возмущению

ОУ

^Хрег

^Хвых

СУ

^Хвоз

Рисунок 1 – Структурная схема автоматической системы регулирования, работающей по принципу возмущения (ОУ – объект управления, СУ – система управления, Х_вых – регулируемая или выходная величина объекта управления, Х_воз – возмущающее воздействие, Х_рег – регулирующее воздействие; цель управления – поддержание выходного параметра объекта Х_вых на постоянном заданном значении Х_зад, т.е. поддержание режима Х_вых= Х_зад).

Рассмотрим схему АСР по возмущению, изображённую на рисунке 1. Известно, что основной причиной, вызывающей отклонение регулируемого параметра (Х_вых) от заданного значения, является действие возмущения Х_воз.

Очевидно, что чем большее возмущение подействует на объект, тем большее отклонение Х_вых от Х_зад оно вызовет, но тогда потребуется и большее регулирующее воздействие Х_рег для того, чтобы скомпенсировать появившееся отклонение, т.е. чтобы вернуть Х_вых к заданному значению Х_зад.

Суть принципа регулирования по возмущению и состоит в том, чтобы оказывать регулирующие воздействия на объект, в зависимости от величины действующего возмущения. Таким образом, такая система регулирования формирует регулирующее воздействие как функцию возмущения, т.е.

Х_рег =f( Х_воз). (1)

Система управления должна постоянно контролировать возмущающее воздействие (т.е. постоянно его измерять) и, если возмущение начинает изменяться в ту или иную сторону, то система управления должна оказывать такое регулирующее воздействие на объект, что удержать заданный режим Х_вых= Х_зад.

Основным достоинством такого принципа регулирования (управления) является так называемая инвариантность, т.е. возможность обеспечить независимость выходной величины Х_вых от возмущения Х_воз. Инвариантность означает, что отклонения Х_вых от заданного значения Х_зад происходить не будет даже при действии возмущения. Математически инвариантность можно выразить так:

Х_вых =0, при условии, что Х_воз 0. (2)

Очевидно, что добиться инвариантности можно, если система управления будет оказывать регулирующее воздействие на объект всегда равное по величине, но противоположное по знаку тому воздействию, которое оказывает возмущение. Причем, если оба воздействия и по каналу возмущения, и по каналу регулирования придут на выходную величину одновременно, то её отклонения и не произойдёт, т.к.:

+ Х_вых(вызываемое возмущением)- Х_вых(вызываемое регулирующим воздействием)=0; (3)

или

- Х_вых(вызываемое возмущением)+ Х_вых(вызываемое регулирующим воздействием)=0; (4)

Свойство инвариантности по отношению к возмущению очень привлекательное на первый взгляд достоинство систем управления и регулирования, работающих по принципу возмущения. Именно из условия обеспечения инвариантности и рассчитывают такие системы. Но, как будет рассмотрено в данной лабораторной работе, если теоретический расчёт АСР по возмущению из условия обеспечения инвариантности возможен, то на практическую реализацию таких систем накладывается очень много ограничений. Некоторые из них следующие:

1. Обычно возмущений много (а не одно, как показано на рисунке 1). Значит, на каждое возмущение нужно ставить и рассчитывать подобную систему управления. Это сделает всю систему управления в целом более сложной и дорогой.

2. Не все возмущения можно выявить заранее на стадии проектирования системы управления объектом. Некоторые возмущения начинают проявляться только в процессе эксплуатации объекта, а т.к. на них не установлена система управления, которая компенсировала бы их влияние на объект, то такие возмущения вызовут отклонения Х_вых от Х_зад.

3. Чтобы система сохраняла инвариантность, все её параметры должны быть стабильными во времени, т.е. строго соответствовать расчётным значениям, полученным на стадии проектирования, чего на практике не может быть по причине естественного старения, износа элементов системы управления из-за таких явлений как трение, коррозия и прочих факторов.

Из-за указанных недостатков АСР, работающие по принципу возмущения, применяются редко, а входят в состав более сложных систем управления, работающих по комбинированному принципу.