Основные принципы управления

Задача управления заключается в том, чтобы объект управления в условиях реальной эксплуатации обеспечивал выполнение требуемых от него функций. Фактическое состояние объекта управления определяется одним или несколькими рабочими параметрами y(t). Чаще всего рабочие параметры представляют собой физические величины: скорость (линейная и угловая), температура, влажность, давление, линейные и угловые перемещения и т.д. В реальных условиях на объект управления оказывают влияние внешние и внутренние воздействия, которые называются возмущающими воздействиями Z(t). Эти воздействия вызывают изменение внутреннего состояния объекта и как следствие - рабочих параметров. Поэтому для выполнения рабочих функций по заданным алгоритмам необходимо на объект управления организовать подачу управляющих воздействий U(t) (рис 1.1).

Рис 1.1. Объект управления

Заданный алгоритм обычно предусматривает поддержание рабочего параметра постоянным во времени или же изменение во времени по известному или неизвестному закону или же изменение в зависимости от изменения другого рабочего параметра.

Задача управления, по существу, заключается в формировании такого закона изменения управляющего воздействия U(t), при котором обеспечивается заданный алгоритм при наличии возмущающих воздействий Z(t).

Для решения этой задачи используются два фундаментальных принципа управления: разомкнутое управление, управление по возмущению (принцип компенсации).

Структурные схемы принципов управления представлены на рис 1.2.

а)

б)

в)

УУ - управляющее устройство; ОУ - объект управления; И - измеритель возмущения; К - корректирующее устройство.

Рис 1.2. Основные принципы управления.

При разомкнутом принципе (рис 1.2, а) управляющее устройство вырабатывает сигнал управления U, который поступает на исполнительные элементы объекта управления. На вход управляющего устройства подается сигнал X, представляющий собой задание. Задание задается человеком или специальным задающим устройством. Данный принцип отличается простотой технической реализации, но оказывается малоэффективным при недостаточной информации о характере возмущении.

Для того чтобы учесть характер возмущений в процессе управления объектом применяют управление по возмущению (рис.1.2, б). Здесь убавляющее устройство вырабатывает сигнал управления U в соответствии с заданием Х. Одновременно производится измерение возмущений, действующих на объект, и производится коррекция сигнала управления U в зависимости от состояния возмущающего воздействия (его величины и скорости изменения). Полученный в результате коррекции сигнал управления U поступает на объект управления. Данный принцип является более эффективным по сравнению с разомкнутым управлением, при условии, что имеется техническая возможность измерения возмущающих воздействий. Указанное условие ограничивает применение данного принципа. Т.е., регулирование не учитывает фактического значения рабочего параметра, его отклонения от требуемого значения.

Принцип замкнутого управления (рис 1.2, в) позволяет решить задачу управления при любом характере действующих возмущений.

В этом случае сигнал задания поступает на один из входов элемента сравнения, на другой вход которого по цепи обратной связи подается измеренное с помощью датчиков фактическое значение рабочего параметра объекта управления. На выходе элемента сравнения имеем сигнал D (ошибку, отклонение), который является разностью между заданным и фактическим значениями параметров, т.е. D =Х - Y. Управляющее устройство в зависимости от величины и знака ошибки вырабатывает сигнал управления. Таким образом, принцип замкнутого управления учитывает не только задание, но и фактическое состояние объекта и действующих возмущений. Поэтому данный принцип является наиболее универсальным и позволяет успешно решать задачи управления, несмотря на неопределенность объекта управления, и характера возмущений. Класс автоматических систем, построенных на основе принципа замкнутого управления, получил название систем автоматического регулирования (САР).