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 . Возмущение f(t) контролируется устройством управления, которое при управлении по возмущению называется компенсатором, с передаточной функцией .

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

, где F(p) – изображение возмущения f(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 возмущения f(t), а рассматриваемая система автоматического управления станет инвариантной по 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.

С труктура автоматической системы с комбинированным управлением показана на рис. 137. В этой системе два устройства управления: компенсатор W_k(p) для устранения воздействия возмущения на объект управления и регулятор W_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.