Структура системы

1.3 Основные принципы регулирования

Известны и применятся три фундаментальных принципа регулирования:

1) Регулирование по разомкнутому принципу;

2) Регулирование по возмущению (компенсация возмущения);

3) Регулирование по отклонению (замкнутые системы).

Вообще, есть ещё комбинированные принципы регулирование.

Регулирование по разомкнутому принципу

Разомкнутый принцип регулирования заключается в том, что алгоритм управления вырабатывается только на основе принятого алгоритма функционирования объекта регулирования и никак не контролируется ни внешними возмущениями Z, ни величиной выходной координаты y(t).

Например, необходимо обеспечить поддержание во времени выходной величины y(t) в соответствии с законом изменения, диктуемым величиной задания x₀(t). Для этого на вход объекта регулирования ОР подключают управляющее устройство (регулятор) Р, а на его вход воздействуют величиной x₀(t). Структурная схема имеет вид разомкнутой цепочки, отсюда и название принципа.

Регулирование по возмущению (компенсация возмущения)

Регулирование по возмущению (компенсацию возмущения) применяют, когда возмущения Z, которые вызывают существенное отклонение регулируемой величины y(t) от заданного значения x₀(t), удаётся измерить, после чего по результатам этих измерений так скорректировать алгоритм управления объектом регулирования ОР, чтобы ошибка регулирования стала минимальной. С этой целью, кроме естественно существующего канала передачи возмущения Z и обусловленного самой физикой работы ОР, организуется дополнительный искусственный канал передачи компенсирующего сигнала x_k, воздействующий через измерительное устройство (узел компенсации УК) так, чтобы действие x_k было равнопротивоположным действию возмущения Z.

В простейшем случае, когда статические характеристики ОР линейны и могут быть в установившемся режиме записаны в виде линейных уравнений, результирующее отклонение приращения выходной величины:

Δy = Δy₁ + Δy₂ = -k_z * ΔZ + k_УК * k_р * k_x * ΔZ,

где Δy₁ и Δy₂ – приращения выходной величины, вызванные приложением возмущения ΔZ и компенсирующего сигнала x_k; k_z и k_x – коэффициенты усиления объекта регулирования ОР по каналам передачи сигналов Z и X; k_УК и k_р – коэффициенты усиления звеньев УК и Р.

Если выбрать k_z = k_УК * k_р * k_x , то Δy = 0. То есть достигается полная компенсация возмущения Z (в нашем случае – только в статических режимах).

Регулирование по отклонению (замкнутые системы)

Регулирование по отклонению является наиболее универсальным способом регулирования. Идея его поясняется схемой, где сигнал x_p управляющего устройства (регулятора Р) формируется в функции разницы (ошибки)

Δx(t) = x₀(t) – x_ос(t) (ОС – обратная связь)

между заданным (желаемым) значением x₀(t) и x_ос(t) – измеренным значением регулируемой (выходной) величины y(t).

Схема имеет вид замкнутого контура, в котором распространение (передача) воздействий происходит строго в одном направлении, указанном стрелками. Выражение для Δx(t) называют также уравнением замыкания системы, а канал ОС, который осуществляет измерение выходной координаты y(t) и подачу измеренного значения x_ос(t) на вход управляющего устройства Р, – каналом обратной связи.

Наиболее эффективными являются системы автоматического управления/регулирования (САУ/САР), реализующие совместно и принцип обратной связи (управление по отклонению) и принцип компенсации возмущений (управление по возмущению), так называемые комбинированные САУ (САР).