3. Комбинированный принцип

В системах, работающих по комбинированному принципу на одно самое сильное возмущение (иногда на два) ставится система управления, работающих по принцип возмущения, что позволяет практически исключить влияние этого возмущения на объект, а негативное влияние всех остальных возмущений (и заранее известных, и неизвестных) ликвидируется системой, работающей по принципу отклонения.

Функциональные элементы систем автоматического управления

Функциональными элементами называются такие технические устройства, которые нужны для реализации системы автоматического управления и каждый из которых выполняет свою определённую функцию в системе. Рассмотрим основные функциональные элементы на примере самого распространённого класса автоматических систем, работающих по принципу отклонения. Изобразим так называемую функциональную блок-схему такой системы и проведём ей декомпозицию на функциональные элементы.

ОУ

^Хвх

^Хвых

^Хвозм

^Хзад

Д

ЭС

^Хвых

ЗЭ

АР

ИМ

РО

^Хр

^Х

Рисунок 3 - Функциональна блок-схема системы автоматического управления, работающей по принципу отклонения.

При регулировании по принципу отклонения система автоматического управления (САУ) осуществляет три стадии процесса управления:

1. Первая стадия – это получение информации о состоянии объекта управления (ОУ) путём измерения регулируемого параметра х_вых.

2. Вторая стадия – это анализ полученной информации и принятие решений о том, как необходимо воздействовать на объект управления.

3. Третья стадия – это осуществление принятых решений, т.е. непосредственное воздействие на объект.

На рисунке 1 обозначены :

Д - датчик (чувствительный элемент + преобразователь + усилитель). Это элемент предназначен для непрерывного измерения регулируемого параметра х_вых и передачи измеренного значения автоматическому регулятору (он, фактически, заменяет такие органы чувств человека, как глаза, и в автоматической системе управления отвечает за первую стадию процесса управления).

ЗЭ - задатчик (или задающий элемент). Он позволяет ввести в САУ заданное значение регулируемого параметра (он заменяет человеческую память).

ЭС - элемент сравнения. Он сравнивает текущее значение регулируемого параметра с заданным значением и определяет отклонение х_ = х_вых - х_зад, т.е. заменяет мозг человека.

АР - автоматический регулятор. Он анализирует величину отклонения х_ и вырабатывает соответствующее регулирующее воздействие на объект управления, т.е. заменяет мыслительные способности человека.

Вместе ЗЭ+ЭС+АР=УУ называются ещё управляющим устройством. Оно отвечает за вторую стадию процесса управления.

ИМ - исполнительный механизм. Он преобразует управляющий сигнал от автоматического регулятора (АР) в какой- либо вид энергии, с помощью которой будет открывать или закрывать регулирующий орган (РО) вместо руки человека.

РО - регулирующий орган. Он путём изменения проходного сечения трубопровода оказывает влияние на входной поток вещества или энергии так, чтобы отрегулировать х_вых, т.е. чтобы вернуть регулируемый параметр к заданному значению, от которого он отклонился под действием возмущения.

Вместе ИМ+РО=ИУ называются ещё исполнительным устройством. Оно отвечает за третью стадию процесса управления в САУ.

Функциональная схема показывает, по какому принципу построена та или иная система, какие элементы нужны для её реализации, как эти элементы взаимодействуют между собой. Кроме рассмотренных на рисунке 3 основных функциональных элементов в САУ могут входить и некоторые вспомогательные элементы, такие как, различные вычислительные устройства, необходимые для решения задач управления, усилители мощности, преобразователи сигналов из одной физической величины в другую и т.д.

Если система построена по принципу отклонения, то в ней есть, так называемая, обратная связь, то есть сигнал с выхода объекта подаётся обратно на его вход. Обратная связь бывает положительной и отрицательной и обозначается так:

• положительная обратная связь - ПОС;

• отрицательная обратная связь - ООС.

Все системы регулирования, работающие по принципу регулирования - это системы с ООС, так как воздействие от регулятора должно быть противоположно по знаку воздействию со стороны возмущения. Эти систем должны «отрицать» образовавшееся под влияние возмущения отклонение внесением регулирующего воздействия, вызывающего отклонения противоположного знака. Только в этом случае удастся вернуть регулируемый параметр объекта к первоначальному заданному значению. За счёт наличия обратной связи образуется замкнутый контур передачи сигналов, поэтому такие системы называются замкнутыми системами автоматического управления.

Основные задачи теории автоматического управления

Теория автоматического управления, являющаяся базовой составной частью кибернетики, даёт инженеру методики проектирования и расчёта, таких систем управления, которые удовлетворяли бы заранее предъявляемым к ним требованиям.

Требования, которые предъявляются к системам управления, могут быть весьма разнообразными и делятся на две группы:

1. общетехнические требования, такие например, как высокая надежность в работе, небольшие габариты, низкая себестоимость.

2. специфические требования, обусловленные особенностями задач, решаемы САУ. Это, в первую очередь, устойчивое и качественное регулировании при любых возмущениях, действующих на объект управления.

Теория автоматического управления ведёт проектирование систем регулирования и управления в 3 этапа:

1. На первом этапе проводится детальное изучение объекта управления в разных режимах работы (статических и динамических). На этом же этапе изучаются, как правило, и датчик и исполнительный устройство, т.к. они являются составной частью объекта управления.

2. На втором этапе делается обоснованный выбор автоматического регулятора и расчёт его оптимальных (по какому-либо критерию) настроечных параметров.

3. На третьем этапе проводится анализ замкнутой системы автоматического управления с целью проверить, соответствует ли спроектированная система предъявляемым к ней требованиям.

Изучение теоретических основ будущей специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» целесообразно начать с экскурса в историю, т.к. появление автоматики и кибернетики в середине XX века стало возможным благодаря всему ходу научно-технического прогресса человечества с древнейших времён и до наших дней.