Принцип управления по отклонению

Более высокое качество управления позволяют получить замкнутые САУ, в которых используется информация об управляемом параметре (рис. 2.11). В таких системах измеряется значение управляемого параметра. Устройство управления производит сравнение полученного сигнала с заданным значением и при наличии разности вырабатывается управляющее воздействие, направленное на уменьшение полученной величины рассогласования заданного и измеренного значений параметров. При этом устройство управления стремится компенсировать это отклонение независимо от причин, его вызывающих.

Данный принцип управления иногда называют компенсационным принципом Ползунова — Уатта. Такой способ управления является основным для большинства современных САУ.

Рис. 2.11. Функциональная схема САУ, построенной на базе принципа управления по отклонению

В САУ, использующей принцип управления по отклонению, управляющее воздействие на объект определяется как.

Рассмотрим систему автоматического управления с обратной связью, структурная схема которой представлена на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Структурная схема САУ, построенной на базе принципа управления по отклонению

В САУ, использующей такой принцип управления, входят следующие основные элементы:

• • задающее устройство (ЗУ), необходимое для реализации алгоритма работы объекта управления, выражающегося в формировании управляющего воздействия, а (Г);
• • измерительный преобразователь (ИП), обеспечивающий измерение управляемой координаты;
• • элемент сравнения (ЭС), выявляющий отклонение 6(?) управляемой координаты р (?) от ее требуемого значения;
• • промежуточный усилитель (У), обеспечивающий формирование требуемого закона управления ОУ;
• • объект управления (ОУ).

Принцип работы САУ заключается в измерении управляемой координаты р (?) с помощью ИП и сравнении полученного сигнала с задающим a (t). Элемент сравнения выявляет разность этих сигналов, представляющую собой ошибку управления. Этот сигнал используется для формирования управляющего воздействия на ОУ р (?). Очевидно, что выходная координата является функцией как задающего сигнала а (?), так и своего собственного значения. То есть.

Первая составляющая выходного сигнала формируется по прямому каналу управления, а вторая — по каналу с обратным направлением передачи информации, называемому каналом обратной связи или просто обратной связью. Так как такая связь обеспечивается элементом сравнения, вычисляющим разность сигналов задания и обратной связи, то такой вид обратной связи называется отрицательной. Если сигнал обратной связи определяется алгебраическим суммированием сигналов задания и обратной связи, то такая связь называется положительной.

Поэтому такой принцип управления называется управляением с обратной связью. Так как в такой САУ присутствует замкнутый контур для прохождения информации, то такие системы называют замкнутыми САУ.

Замкнутой САУ называют систему, в которой процесс управления ОУ зависит от результата управления.

Системы, которые непосредственно не используют конечные результаты управления объектом, называют разомкнутыми. Следовательно, САУ, построенные с использованием принципа управления по возмущению, являются разомкнутыми.

Рассмотрим особенности замкнутых САУ.

Объект управления характеризуется уравнением вида

При отсутствии управления при изменении возмущающего воздействия на ОУ на его выходе появляется отклонение управляемого сигнала от требуемого значения. Это отклонение является ошибкой управления ДР_;; при отсутствии обратной связи, т. е. в разомкнутой системе. Его величина определяется как

Канал измерения сигнала обратной связи может быть представлен выражением вида.

Элемент сравнения сигналов представляется выражением вида.

Управляющее воздействие на объект может быть представлено как.

С учетом этих уравнений сигнал на выходе объекта управления определяется как

Решая это уравнение относительно управляемой координаты ОУ, получаем.

Учитывая, что Д (3₍ = K₂L, получаем.

где Р_г — заданное значение управляемой координаты;

 — ошибка управления в замкнутой САУ; К_у = K_lK₃K_i — суммарный коэффициент передачи замкнутого контура управления.

Очевидно, что при достаточно большом коэффициенте передачи замкнутого контура управления К_ъ « 1 ошибка управления в замкнутой системе будет много меньше, чем в разомкнутой. То есть справедливо соотношение.

Статические характеристики разомкнутой и замкнутой САУ представлены на рис. 2.13.

Полученное выражение является базовым для определения свойств и параметров замкнутой САУ. Действительно, если известен суммарный коэффициент усиления замкнутой САУ и ее свойства ОУ, то возможно определение ошибки в замкнутой системе. И наоборот, если задана величина ошибки САУ, возможно определение требуемого суммарного коэффициента передачи с помощью следующего неравенства:

Рис. 2.13. Статические характеристики САУ с обратной связью

Очевидно, что при воздействии на объект нескольких возмущающих факторов свойства уменьшения ошибки управления сохраняются. Действительно, если ОУ представляется выражением вида.

то сигнал на выходе объекта определяется как

Поскольку K_2iL_i = ДР_/;/ является ошибкой разомкнутой СЛУ относительно выбранного возмущающего фактора, то выходная координаты ОУ определяется как.

Следовательно, суммарная ошибка управления в замкнутой САУ определяется как.

Преимущества такого способа управления:

• • большая гибкость и приспособляемость к различным условиям эксплуатации САУ;
• • возможность уменьшения влияния любых внешних возмущений на объект управления;
• • малая чувствительность к изменению параметров регулятора и объекта управления.

Недостатки:

• • невозможность полного устранения влияния возмущающих воздействий на величину вектора выходных состояний объекта управления;
• • возникновение проблем с устойчивостью САУ при попытках увеличения коэффициента усиления системы.