Управление по возмущению

В замкнутых системах автоматического управления осуществляется управление по ошибке. Управление по ошибке весьма распространённый способ управления, однако он не является единственным. Наряду с управлением по ошибке используется и управление по возмущению.

Управление по возмущению применяется для компенсации возмущений, воздействующих на систему автоматического управления и выводящих объект управления из заданного состояния. Устройство управления при управлении по возмущению контролирует внешнее возмущение и создаёт управляющее воздействие на объект таким образом, чтобы компенсировать действие возмущения и сохранить требуемое состояние объекта.

Структура системы автоматического управления по возмущению показана на рис. 136. На объект управления действует возмущение. Действие возмущения на объект описывается передаточной функцией объекта по возмущению.

На вход управления объекта поступает управляющее воздействие u(t) от устройства управления. Свойства объекта по входу управления описываются передаточной функцией объекта по входу управления. Возмущениеf(t)контролируется устройством управления, которое при управлении по возмущению называетсякомпенсатором, с передаточной функцией.

Воздействие возмущения на объект управления в рассматриваемой системе можно описать в области изображений Лапласа следующим образом:

, гдеF(p)– изображение возмущенияf(t).

Выходная величина объекта управления не будет изменяться при изменении возмущения, если выполняется условие

, откуда.

Таким образом, если свойства компенсатора будут соответствовать полученной передаточной функции , то объект управления перестанет реагировать на воздействие возмущенияf(t), а рассматриваемая система автоматического управления станетинвариантнойпо отношению к этому возмущению. Каждый компенсатор может компенсировать только одно, вполне конкретное, возмущение, действие которого на объект полностью известно (детерменировано).

Автоматические системы с компенсацией возмущения называют инвариантными системами. В них используется разомкнутое управление. Основным достоинством таких систем является то обстоятельство, что в них принципиально отсутствует ошибка управления, которая всегда должна возникать в системах управления по ошибке для создания управляющего воздействия.

Комбинированное управление

Поскольку управление по возмущению весьма ограничено в своих возможностях (один компенсатор может устранить действие только одного возмущения), то прибегают к комбинированному управлению. При таком управлении компенсатор устраняет воздействие главного возмущения на объект, а все остальные задачи управления решаются управлением по ошибке. Комбинированное управление может заметно повысить точность и быстродействие системы автоматического управления.

Структура автоматической системы с комбинированным управлением показана на рис. 137. В этой системе два устройства управления: компенсаторW_k(p)для устранения воздействия возмущения на объект управления и регуляторW_p(p)для обеспечения заданного изменения управляемой величины во времени.

Для изображения выходной величины в системе справедливо выражение

.

Система будет инвариантной к возмущению, если выполняется условие инвариантности

.

Для обеспечения инвариантности компенсатор должен иметь передаточную функцию

.

Поскольку достижение полной инвариантности не всегда возможно из-за невозможности полной реализации требуемой передаточной функции компенсатора, то часто используют приближенный выбор компенсатора по условию

и,

где резонансная частота, при которой достигается максимум амплитудной частотной характеристики замкнутой системы без учета возмущения.

Первое условие обеспечивает полную инвариантность системы в установившемся состоянии, а второе частичную независимость переходного процесса от возмущения.

Введение регулирования по возмущению не влияет на устойчивость и качество переходного процесса системы, так как характеристическое уравнение системы остается неизменным.