Принципы автоматического управления

На объекты управления и на величины, их характеризующие, действуют различные внешние помехи и возмущения, которые необходимо учитывать в процессе работы автоматических систем.

Принцип управления по возмущению — один их принципов автоматического управления (регулирования). Возмущающих воздействий, вызываемых различными причинами, может быть несколько. Обычно принимают во внимание только основное возмущающее воздействие, которое оказывает наибольшее влияние на работу системы. Компенсация всех возмущающих воздействий затруднительна, поэтому второстепенными возмущающими воздействиями пренебрегают. Это является в ряде случаев существенным недостатком принципа управления по возмущению; суммарное влияние второстепенных возмущений на управляемую величину может оказаться значительным.

Принцип управления по отклонению — другой важный принцип автоматического управления. Он предполагает, что управляющее воздействие в автоматической системе вырабатывается с учетом информации об отклонении управляемой величины от заданного значения. При этом необходимо измерить значение управляемой величины, сравнить его с требуемым и определить отклонение, а затем осуществить управление. Принцип управления по отклонению универсален. Ох характерен не только для технических, но и для биологических систем. Принцип управления по отклонению имеет серьезный недостаток, связанный с запаздыванием прохождения управляющего воздействия. При использовании этого принципа нельзя добиться высокой точности регулирования.

Характерная черта автоматических систем, использующих принцип управления по отклонению, — наличие обратной связи. Обратная связь — связь, соединяющая выход системы (элемента системы) со входом. По обратной связи информация с выхода передается на вход системы.

Систему автоматического управления с обратной связью называют замкнутой, систему без обратной связи — разомкнутой.

Обратная связь в системе автоматического управления (регулирования) может быть положительной и отрицательной.

При положительной обратной связи отклонение регулируемого параметра от заданного в сторону увеличения (уменьшения) заставляет регулятор выдать сигнал, направленный на увеличение (уменьшение) этого параметра.

При отрицательной обратной связи отклонение регулируемого параметра от заданного в сторону уменьшения (увеличения) заставляет регулятор выдать сигнал, направленный на увеличение (уменьшение) этого параметра. Наибольшее распространение в системах автоматического управления имеет отрицательная обратная связь. Обратные связи в автоматических системах повышают качество управления.

Принцип комбинированного управления — наиболее совершенный принцип автоматического управления, сочетающий в себе достоинства принципов управления по отклонению и возмущению. Этот принцип используют при построении систем высокой точности, достигаемой за счет одновременного управления по отклонению и возмущению. Действие неучтенных возмущений в комбинированных системах компенсируется или ослабляется управлением по отклонению.

Виды автоматических систем. В зависимости от реализуемого закона управления автоматические системы делят на стабилизирующие, программные, следящие и самоприспосабливающиеся.

Стабилизирующие системы поддерживают управляемую величину на заданном уровне с требуемой точностью. Примерами таких систем служат системы поддержания уровня воды в водонапорных башнях водокачек, в водогрейных и паровых котлах, а также поддержание температуры и влажности воздуха в инкубаторах, теплицах, парниках и др.

В программных системах управляемая величина регулируется во времени по заранее составленной программе, заданной специальным программным устройством. Такой системой может быть система управления поворотом лотков в инкубаторах и система управления освещением в птичниках.

В следящей системе заданное значение управляемой величины может изменяться в широких пределах по произвольному закону, обусловленному каким-либо внешним явлением, влиять на ход которого не представляется возможным, но учитывать его нужно. Поэтому такие системы предназначены для изменения управляемой величины по закону заранее неизвестной функции времени, определяемой задающим воздействием. Примером следящей системы может служить система автоматического вождения трактора при работе с почвообрабатывающей машиной в зависимости от изменения направления ранее проложенной борозды, за которой следит копир.

Самоприспосабливающаяся система действует не только в соответствии с заданным законом функционирования, но и в зависимости от конкретных условий самостоятельно изменяет свою работу с целью достижения оптимального режима.

В зависимости от характера управления во времени системы автоматического управления делят на системы непрерывного, прерывистого и релейного действия.

В системе непрерывного (пропорционального) управления сигнал на ее выходе представляет собой непрерывную функцию времени и пропорционален воздействующей величине X на ее входе.

Система прерывистого управления имеет на выходе группу последовательных импульсов, параметры которых (амплитуда, длительность, частота) определенным образом связаны с входной величиной X.

Система релейного действия характеризуется появлением на ее выходе нескольких импульсов определенных значений в зависимости от входной величины X.

Способы управления. Распространены двухпозиционные и трехпозиционные способы управления. При двухпозиционном управлении регулятор занимает одно из двух устойчивых состояний: «больше» и «меньше». При трехпозиционном управлении регулятор может находиться в одном из трех устойчивых состояний: «больше», «норма» и «меньше». Качество управления при использовании трехпозиционных регуляторов значительно выше, чем при использовании двухпозиционных.