2 Принципы управления

Различают три фундаментальных принципа управления: принцип разомкнутого управления, принцип компенсации (управление по возмущению), принцип замкнутого управления (обратной связи, управление по отклонению).

Разомкнутое управление. Сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что регулятор не получает никакой информации о реальном состоянии ОУ, поэтому должно быть точно известно, как этот ОУ себя ведет (рис. 1.4). Только тогда можно заранее рассчитать, как им нужно управлять (построить требуемую программу управления). Цепь (систему) из последовательно соединенных звеньев называют разомкнутой системой.

Рис. 1.4. Разомкнутая система

Простым примером разомкнутой системы управления является попытка управлять машиной с закрытыми глазами и в наушниках. Это будет возможно, но только некоторое время, пока водитель помнит дорогу и сможет правильно рассчитать свое место. Пока на пути не встретятся пешеходы или другие машины, о которых он заранее не может знать. Из этого примера ясно, что без обратной связи (информации с датчиков) невозможно учесть влияние неизвестных факторов, неполноту знаний.

Несмотря на эти недостатки, разомкнутые системы применяются на практике. Например, информационное табло на вокзале. Или простейшая система управления двигателем, в которой не требуется очень точно поддерживать частоту вращения.

Принцип компенсации. Если возмущающий фактор искажает выходную величину до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации (управление по возмущению) (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Система с компенсацией возмущений

Пусть — значение выходной величины, которое требуется обеспечить согласно программе. На самом деле из-за возмущения на выходе регистрируется значение . Величинаназываетсяотклонением от заданной величины (ошибка регулирования). Если каким-то образом удается измерить величину , то можно откорректировать управляющее воздействиена входе ОУ, суммируя сигнал УУс корректирующим воздействием, пропорциональным возмущению и компенсирующим его влияние. При этом знак компенсирующего сигнала выбирается противоположным знаку влияния возмущения на выходную величину.

Примеры систем компенсации: биметаллический баланс в часах; компенсационная обмотка двигателя постоянного тока.

Достоинством принципа компенсации является быстрота реакции на возмущения, он более точен, чем принцип разомкнутого управления. Недостатком является невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

Замкнутое управление. Наибольшее распространение в технике получило замкнутое управление (управление с обратной связью) (рис. 1.6). Здесь управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины . И уже не важно, какие возмущения действуют на ОУ.Замкнутую систему получают путем замыкания разомкнутой системы обратной связью.

Требуемое значение выходной величины сравнивается с действительным значением на выходе системы. Величинас выхода сравнивающего устройства подается на вход УУ. УУ формирует управляющее воздействие.

Рис. 1.6. Замкнутая система

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.