Принципы автоматического управления
Управление может осуществляться с различными целями. В зависимости от целей управления различают следующие виды управления.
Стабилизация –управление с целью поддержания заданного постоянного значения управляемой величины объекта управления.
Программное управление– обеспечение заданного изменения во времени управляемой величины. Управляемая величина в этом случае должна изменяться по известной функции времени.
Слежение –управление с целью изменения управляемой величины таким образом, чтобы она воспроизводила бы изменения некоторой измеряемой величины, закон изменения которой заранее неизвестен.
Оптимальное управление – управление, при котором перевод объекта управления из произвольного исходного состояния в заданное состояние осуществляется оптимально в соответствии с выбранным критерием оптимальности (например, за минимальное время или с минимальными затратами энергии).
Экстремальное управление– автоматическое обеспечение экстремального значения выходной величины объекта управления в изменяющихся условиях его функционирования.
Адаптивное управление – автоматическое изменение характеристик управления таким образом, чтобы объект управления функционировал бы наилучшим образом при изменяющихся условиях функционирования и изменяющихся характеристиках самого объекта управления.
Первые три вида управления являются простейшими и получили название автоматического регулирования.
В зависимости от учёта при управлении состояния управляемого объекта, управление может быть:
разомкнутым,
замкнутым.
При разомкнутом управлении управляющее воздействие формируется устройством управления без учета фактического значения управляемой величины. Управляющее воздействие определяется на основе цели управления и известных характеристик объекта. Такое управление называется жестким. Разомкнутое управление может применяться для стабилизации и программного управления. Система управления при этом разомкнута.
При замкнутом управлении управляющее воздействие формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины. Управляемая величина в этом случае постоянно контролируется и в системе управления имеется обратная связь с выхода объекта управления на вход устройства управления. Система управления в этом случае замкнута.
Разомкнутая жесткая система управления применяется в том случае, когда свойства объекта полностью известны, все внешние воздействия на объект контролируются и их влияние может быть сведено к нулю. Замкнутая система осуществляет управление на основе измерения рассогласования между заданным характером изменения управляемой величины и действительными её значениями.
В зависимости от учитываемых при определении управляющих воздействий величин управление может быть трёх видов:
управление по отклонению (по ошибке);
управление по возмущению;
комбинированное управление.
При управлении по отклонению устройство управления контролирует управляемую величину y(t) объекта управления и сравнивает её с заданным значениемv(t), вычисляя отклонение
.
По величине отклонения (ошибке) определяется необходимое для устранения ошибки управляющее воздействие
,
где A– оператор, определяемый используемым законом управления.
При управлении по возмущению предполагается известной детерминированная связь между возмущением, действующим на объект, и его выходной величиной. Устройство управления контролирует возмущение и по его величине определяет управляющее воздействие на объект управления, необходимое для компенсации этого возмущения:
.
При управлении по возмущению устройство управления может компенсировать действие только тех возмущений, которые контролируются. Возможности такого управления ограничены. Достоинством управления по возмущению является то, что устройство управления не ждёт возникновения отклонения, а предотвращает его появление. Последнее обстоятельство обуславливает большее быстродействие и точность управления.
Наилучшие результаты достигаются при комбинированном управлении. В этом случае для устранения влияния наиболее существенных возмущений используется управление по возмущению, а влияние всех остальных факторов на состояние объекта управления контролируется с помощью управления по отклонению. Устройство управления в этом случае будет иметь наибольшую сложность.
В настоящее время всё более широкое распространение получает адаптивное управление объектами. При адаптивном управлении осуществляется автоматическое изменение параметров, структуры или алгоритма управления устройства автоматического управления для обеспечения выбранного критерия оптимальности функционирования системы при произвольно изменяющихся внешних воздействиях и переменных параметрах объекта.
Адаптивное управление позволяет либо получить стабильное качество управления, либо оптимизировать управления в изменяющихся условиях функционирования и при изменении характеристик объекта управления. Последнее обстоятельство весьма актуально при серийном выпуске устройств управления, когда характеристики конкретного объекта управления заранее неизвестны.