Понятие автоматического регулирования.

Традиционно проблема автоматического регулирования рассматривается как частный случай проблемы автоматического управления, ориентированная на определенный класс динамических САУ – системы автоматического регулирования, представляющие собой замкнутые активные динамические системы направленного действия. Таким образом, управление – более широкое понятие, чем регулирование.

Применительно к электромеханике можно дать следующее определение: системой автоматического регулирования (САР) называется динамическая система, обеспечивающая отработку заданного сигнала с требуемой точностью при помощи использования результатов сравнения заданных и действительных значений регулируемых координат для управления источниками энергии.

Применительно к промышленным техническим системам САР можно представить в виде последовательности блоков, соответствующих объекту управления ОУ, преобразующему устройству ПУ и корректирующему устройству КУ. На рис.1.2 представлена обобщенная схема такой системы для случая, когда присутствует только одна регулируемая величина (наличие связей, показанных прерывистыми линиями, зависит от выбранного принципа управления, о которых ниже).

Корректирующее устройство предназначено для выработки управляющего сигнала малой мощности, обозначенного y(t) (рис.1.2), в зависимости от задающего сигнала g(t) (отражающего цель регулирования – рис.1.1) и текущего состояния САР. В общем случае может состоять из требуемого количества датчиков измерения координат, узлов сравнения и узла формирования сигнала y(t).

Преобразующее устройство предназначено для преобразования слабого по мощности сигнала y(t) в мощное силовое воздействие u(t) на объект. Реализуется в основном на основе вычислительных и усилительных элементов.

Решение проблемы регулирования состоит из следующих этапов:

1. Выбор датчиков для измерения выходных переменных ОУ;

2. Выбор преобразующих устройств для воздействия на ОУ;

3. Разработка математических моделей ОУ, датчика и ПУ;

4. Проектирование корректирующего устройства на основе разработанных моделей и принятых критериев качества (о них ниже);

5. Оценка результатов синтеза САР аналитически, путем математического моделирования и, наконец, на экспериментальном стенде (путем физического моделирования);

6. Если испытание экспериментального образца дает неудовлетворительные результаты, следует повторить этапы 1 – 5.

Критерии качества регулирования

Основным требованием, предъявляемым к САР, является обеспечение в допустимых пределах значений ошибок между требуемыми и действительными изменениями регулируемых величин. Системы, для которых эти ошибки равны нулю во все моменты времени, называются идеальными или инвариантными, но на практике такие системы реализовать невозможно. Поэтому при проектировании САР обычно вводится какой-либо критерий эффективности или критерий качества регулирования, определяющий оптимальные условия работы системы. В этом случае САР называют оптимальной.

На практике даже оптимальная САР, удовлетворяющая принятому критерию качества, может быть реализована лишь с большей или меньшей степенью приближения. При этом, чем выше эта степень приближения, т.е. чем меньше отклонения регулируемых переменных и, следовательно, чем выше качество регулирования, тем сложнее оказывается САР. Поэтому при проектировании САР нужно стремиться к разумному компромиссу между достижением возможно более высокого качества работы системы и использованием при этом возможно более простых технических средств.

Вследствие этого при проектировании САР, наряду с критерием качества регулирования, необходимо располагать требованиями, определяемыми допустимые условия работы системы. Требования, предъявляемые к САР, можно разделить на следующие категории:

• требования к запасу устойчивости системы (обусловливает необходимость компенсации возмущений);

• требования к величине ошибок в установившемся состоянии (для обеспечения статической точности САР);

• требования к поведению системы в переходном режиме (условия качества);

• требования к величине ошибок при наличии непрерывно меняющихся воздействий (для обеспечения динамической точности САР);

• требования по ограничению на чувствительность САР к изменению параметров ОУ.