2. Принцип управления по отклонению

Принцип управления (а, следовательно, и регулирования) по отклонению был предложен и впервые технически реализован русских механиком-теплотехником И. И. Ползуновым в XVIII веке для регулирования уровня воды в котле сконструированной им паровой машины.

Р

^Хвозм

ассмотрим структурную схему АСР, работающей по принципу отклонения.

ОУ

^Хрег

^Хвых

СУ

^Хрег

Хвых

^Хзад

Рисунок 2

Рисунок 2 – Структурная схема автоматической системы регулирования, работающей по принципу отклонения (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).

Согласно этому принципу, система регулирования должна следить не за возмущением (как в АСР по возмущения), а за самой регулируемой (т.е. выходной) величиной объекта управления (Х_вых), должна постоянно сравнивать её с заданным значением (Х_зад), вычисляя отклонение по формуле

Х_вых = Х_вых - Х_зад (1)

и, если появится отклонение выходной величины от заданной не равное нулю, то оказывать регулирующее воздействие на объект в зависимости от величины и знака появившегося отклонения. Таким образом, в АСР, работающих по принципу отклонения, регулирующее воздействие формируется как функция появившегося отклонения Хвых от Хзад, т.е.

Х_рег = f( Х_вых) (2)

Отсюда и происходит название этого принципа регулирования и управления.

Рассмотрим математическое описание алгоритма работы АСР по отклонению:

Случай 1:

^{Хвых 0, это значит, что под действием возмущения выходная величина стала больше заданного значения (Хвых Хзад) и изменение регулирующего воздействия Хрег со стороны системы регулирования в этом случае должно уменьшать выходную величину, чтобы снова вернуть её к заданному значению, т.е. добиться цели поддержания режима Хвых=Хзад.}

Случай 2:

^{Хвых 0, это значит, что под действием возмущения выходная величина стала меньше заданного значения (Хвых Хзад) и изменение регулирующее воздействие Хрег со стороны системы регулирования в этом случае должно увеличивать выходную величину, чтобы снова вернуть её к заданному значению, т.е. добиться цели поддержания режима Хвых=Хзад.}

Случай 3:

^{Хвых=0, это значит, что отклонения выходной величины нет, т.е. Хвых=Хзад и изменения регулирующего воздействия в этом случае не требуется, т.е. Хрег=0.}

Преимущества такого принципа регулирования (управления) состоят в следующем:

1. Такой системе не важно, сколько возмущений действует на объект управления, все ли возмущения мы знаем заранее (или возможны возмущения, которые проявятся в процессе работы объекта управления), какое возмущение подействовало на объект в данный момент времени и начинает вызывать отклонение выходного параметра от заданного значения, поскольку сам факт появления отклонения уже достаточен для того, чтобы система регулирования заработала и начала устранять появившееся отклонение.

2. Такая система не так критично относится к стабильности параметров во времени (как система регулирования по возмущению). Любая нестабильность параметров приведёт к нарушению заданного статического режима Хвых=Хзад, т.е. к появлению отклонения Хвых 0, которое АСР по отклонения начнёт ликвидировать (не разбираясь в причинах появившегося отклонения).

Недостаток такого принципа регулирования (управления) состоит в том, что здесь даже теоретически невозможно обеспечить инвариантность выходной величины по отношению к возмущению, так как в АСР по отклонению отклонение сначала должно появиться, а затем уже система его будет убирать.

Значит, рассчитывать такие системы надо так:

а) чтобы они обладали высокой чувствительностью, т.е. не допускали больших отклонений Хвых от Хзад, а чувствовали и начинали реагировать уже на небольшие отклонения (которые ещё не вызывают серьёзных нарушений технологического режима объекта управления);

б) чтобы они обладали высоким быстродействием, т.е. ликвидировали эти отклонения как можно быстрее (т.е. как можно быстрее возвращали бы объект управления в заданный технологический режим).