Принципы разомкнутого и замкнутого контура управления

Базовым классификационным признаком построения систем управления, определяющим облик системы и ее потенциальные возможности, является способ организации контура управления. В соответствии с последним выделяют несколько принципов управления.

Принцип разомкнутого (программного) управления. В основе этого принципа лежит идея автономного воздействия на систему независимо от условий ее работы. Очевидно, что область практического применения этого принципа предполагает достоверность знания состояния среды и системы на всем интервале ее функционирования. Тогда можно предопределить реакцию системы на рассчитанное воздействие, которое заранее программируется в виде функции (рис.1).

Рис. 1.

Если данное воздействие отлично от предполагаемого, немедленно последуют отклонения в характере изменения выходных координат, т. е. система окажется незащищенной от возмущений в исходном смысле этого слова. Поэтому подобный принцип используется при уверенности в достоверности сведений об условиях работы системы. Например, для организационных систем подобная уверенность допустима при высокой исполнительской дисциплине, когда отданное распоряжение не нуждается в последующем контроле.

Принцип замкнутого управления. Рассмотренные выше принципы относятся к классу разомкнутых контуров управления: величина управления не зависит от поведения объекта, а представляет собой функцию времени или возмущения. Класс замкнутых контуров управления образуют системы с отрицательной обратной связью, воплощающие базовый принцип кибернетики.

В таких системах заранее программируется не входное воздействие, а требуемое состояние системы, т. е. следствие воздействия на объект, в том числе управления. Следовательно, возможна ситуация, когда возмущение позитивно воздействует на динамику системы, если приближает ее состояние к желаемому. Для реализации принципа априорно находится программный закон изменения состояния системы во времени с_пр (t), а задача системы формулируется как обеспечение приближения действительного состояния к желаемому (рис. 2). Решение этой задачи достигается определением разности между желаемым состоянием и действительным:

?с (t) = с_пр(t) -c (t).

Рис. 2.

Данная разность используется для управления, призванного свести к минимуму обнаруженное рассогласование. Тем самым обеспечивается приближение регулируемой координаты к программной функции независимо от причин, вызвавших появление разности, будь то возмущения различного происхождения или ошибки регулирования. Качество управления сказывается на характере переходного процесса и установившейся ошибке — несовпадении программного и действительного конечного состояния.

В зависимости от входного сигнала в теории управления различают:

¦ системы программного регулирования (рассматриваемый случай);

¦ системы стабилизации, когда c_пр(t)= 0;

¦ системы слежения, когда входной сигнал априорно неизвестен.

Эта детализация никак не сказывается на реализации принципа, но вносит специфику в технику построения системы.

Широкое распространение этого принципа в естественных и искусственных системах объясняется продуктивностью организации контура: задача управления эффективно решается на концептуальном уровне благодаря введению отрицательной обратной связи.