Общие положения, связанные с задачей синтеза регуляторов

Управление всегда состоит в том, чтобы, воздействуя на объект соответствующими командами, обеспечить такое протекание процесса, которое приводит к достижению поставленной цели.

В каждом конкретном объекте имеется величина или величины (в зависимости от содержания задачи), значения которых требуется поддерживать постоянными или изменять надлежащим образом; к таким величинам можно отнести, например, частоту вращения вала турбины, температуру и давление на выходе технологической установки, напряжение на клеммах генератора, координаты ракеты, осуществляющей процесс самонаведения, и т.д. Эти величины называются управляемыми переменными.

Проектирование систем автоматического управления с использованием методов вычислительной математики. Приведем примеры. Напряжение на шинах генератора, рассматриваемое как управляемая переменная (регулируемая переменная), должно поддерживаться равным некоторой требуемой постоянной величине (цель управления) независимо от влияния различного рода возмущающих факторов, например тока нагрузки генератора.

Управляемой переменной может рассматриваться температура закалочной печи, которая также независимо от помех должна в течение процесса закалки изменяться по заранее заданному закону (программе).

Целью управления может быть, например, обеспечение постоянства напряжения (регулируемая переменная) между различными узлами электротехнической системы или достижение максимальной мощности, выделяемой на определенном элементе.

Принципиальным является тот важный факт, что изменение протекающих в объекте процессов должно быть таким, чтобы они удовлетворяли определенным условиям, тесно связанным с понятием «качество управления».

Примеры:

· промах системы самонаведения не должен превышать заданного значения, обусловленного возможностями боевой части ракеты (при этом в процессе самонаведения не должны иметь место перегрузки, превышающие допустимые);

· системы управления высокоточным оружием, использующие спутниковые информационно-управляющие компоненты, должны обеспечивать необходимую вероятность поражения целей, таких как промышленная инфраструктура, энергетика, системы связи, узлы коммуникаций, мосты и др. в зависимости от обстоятельств, продиктовавших его применение;

· при холодной прокатке металла толщина прокатываемой полосы должна находиться строго в заданных пределах;

· при термической обработке изделий необходимо, чтобы температура изменялась по определенному закону с течением времени с заданной точностью;

· в космонавтике необходимо обеспечение движения космического корабля в пространстве по заданной траектории и т.д.

Пусть — процесс изменения управляемой переменной объекта. Тогда можно указать в качестве примера две задачи, иллюстрирующие понятие «качество управления»:

· обеспечить близость выхода к желаемому постоянному значению (задача стабилизации);

· обеспечить близость выхода к эталонному процессу являющемуся функцией времени (задача программного управления).

Если воспользоваться обозначением то близость и равносильна малости величины ошибки Очевидно, поставленная задача будет решена идеально, если удастся выбрать такое воздействие на объект, что

Элементы, без которых принципиально невозможна работа системы: объект управления, исполнительный элемент, усилитель, измерительное устройство (датчик), называются функционально необходимыми.

Сами по себе системы, в структуру которых включены только функционально необходимые элементы и в которых протекают те или иные рабочие процессы, часто не обеспечивают их нормального хода. То есть не могут обеспечить где — допустимая величина ошибки. Отметим, что объекты, обладающие свойством возвращаться к своему прежнему состоянию после устранения причин, вызвавших изменение этого состояния, можно назвать устойчивыми. Этот класс объектов принципиально может работать без регуляторов; введение же регуляторов позволяет существенно улучшить свойства объектов.

Отсюда следует общий вывод: система, включающая объект и функционально необходимый элемент при любом изменении ее параметров не обеспечивает нормального протекания процесса.

Поэтому для достижения заданного качества управления должна быть изменена конфигурация (структура) системы, а именно — в нее необходимо вводить дополнительный элемент, цель которого — изменение динамических характеристик замкнутой системы в направлении, обеспечивающем качество работы, задаваемое тактико-техническими требованиями (ТТТ). Такое дополнительное звено в системе носит название корректирующего устройства или регулятора.

Объект, в котором осуществляется управление, называется управляемым, а вместе с присоединенным к нему регулятором образует систему автоматического управления.