Принцип разомкнутого управления
Основные понятия и определения
Автоматическим регулированием называется процесс поддержания заданного значения какой-либо физической величины в машинах, аппаратах или иных технических устройствах без непосредственного участия человека, с помощью специальных автоматических регуляторов. Таким образом, для систем автоматического регулирования характерным является наличие возмущающих воздействий, которые система должна нейтрализовать с наименьшей ошибкой.
Автоматическим управлением называется процесс изменения по некоторому закону какой-либо физической величины в машинах, аппаратах или иных технических устройствах, осуществляемый без непосредственного участия человека с помощью специальных автоматических устройств, для систем автоматического управления характерным является изменение по какому-либо закону задающего воздействия (сигнала), который система должна воспроизводить с наибольшей точностью.
Системой автоматического управления называется динамическая система, стремящаяся сохранить в допустимых пределах ошибки между требуемыми и действительными изменениями регулируемых переменных при помощи их сравнения и использования получающихся при этом сигналов для управления источниками энергии.
Система автоматического управления.
Объект управления и управляющее устройство (контроллер) во взаимодействии друг с другом образуют систему автоматического управления. Техническое устройство, выполняющее функции управления, называют автоматическим управляющим устройством (УУ) или контроллером. Любая система управления строится на основе трех функциональных блоков рис. 1.1.1.
|
|
|
Рис. 1.1.1. 
Первый блок состоит из устройств, позволяющих получить информацию о текущих значениях управляемых процессов (или других процессов в объекте, связанных с управляемыми). Этот блок называют измерительным или блоком датчиков информации (ДИ) - блок чувствительных элементов, в ходе функционирования этого блока выдаются информационные сигналы. Эти сигналы поступают во второй блок, блок преобразования и хранения информации (ПИ), где на их основе, а также на основе заранее заложенных сведений (априорной информации) вырабатываются сигналы управления. Правило (алгоритм) преобразования информационных сигналов в сигналы управления называется законом управления.
Сигнал управления показывает, каким должно быть управляющее воздействие в текущий момент времени. Чтобы выработать управляющее воздействие, превратить сигнал в механическое усилие или поток тепла, или поток вещества, требуется еще один блок - исполнительное устройство (ИУ).
|
|
|
Совокупность перечисленных блоков образует замкнутый контур, охватывающий объект управления. Систему, где присутствуют все эти блоки, называют замкнутой системой, или системой с обратной связью от управляемых процессов к управляющим воздействиям.
Используются и более простые разомкнутые системы, где отсутствуют датчики информации, а функции преобразователя информации сводятся лишь к хранению и выдаче выработанной программы управления с требуемыми в каждый момент времени значениями сигнала управления.
Таким образом, в системе управления можно выделить информационную часть, осуществляющую получение, хранение, обработку и выдачу информации, и энергетическую (силовую) часть, служащую для преобразования информации (сигнала управления) в управляющее воздействие на объект.
Обобщенная структурная схема САУ имеет вид, представленный на
рис. 1.1.2.
Рис. 1.1.2.
Устройство, в котором протекает процесс, подлежащий регулированию (управлению), называется регулируемым объектом (объектом управления). Объект управления может быть представлен как управляемым техническим устройством, так и более простой системой управления.
Состояние объекта определяется рядом величин, характеризующих как воздействие на объект внешней среды и управляющих устройств, так и протекание процессов внутри самого объекта. Одни из этих величин измеряются в процессе работы и называются контролируемыми. Другие, влияющие на режим работы объекта, не измеряются и называются неконтролируемыми.
|
|
|
Контролируемые величины, характеризующие состояние объекта, по которым ведется управление, называются управляемыми или регулируемыми. Регулируемые величины в той или иной степени характеризуют качественные показатели процесса в управляемом объекте.
Автоматически действующее устройство, предназначенное для выполнения задачи регулирования, называется автоматическим регулятором. Часть регулируемого объекта, на которую воздействует регулятор, называется регулирующим устройством, состоящим из исполнительного механизма и регулирующего органа.
Автоматический регулятор вместе с регулируемым объектом называется системой автоматического регулирования.
Изменения регулируемых величин вызываются часто возмущающими воздействиями, приложенными к системе автоматического регулирования.
Возмущающим называется всякое воздействие, которое стремится нарушить функциональную связь между управляющим воздействием и регулируемой переменной.
|
|
|
Воздействие, приложенное к элементу сравнения системы регулирования, называется задающим воздействием или входным сигналом, или величиной на входе системы.
|
|
Рис. 1.1.3. Обобщенная структурная схема системы автоматического регулирования
g(t) - задающее воздействие;
ε(t) - сигнал ошибки (рассогласования);
μ(t) - регулирующее воздействие;
f(t) - возмущающее воздействие;
x(t) - регулируемая переменная;
y(t)- выходная координата.
Величиной на входе будем называть регулируемую величин
§1.2. Фундаментальные принципы управления
Зная, статические и динамические свойства управления системы, можно построить математическую модель системы и найти такой алгоритм управления, который обеспечивает заданный алгоритм функционирования при известных, заданных воздействиях. Однако модель всегда приближенно выражает свойства оригинала, а возмущающие воздействия могут изменяться не известным заранее образом, поэтому при найденном алгоритме управления фактическое поведение системы будет отличаться от желаемого, определяемого алгоритма функционирования.
Чтобы приблизить поведение к требуемому, алгоритм управления нужно увязать не только со свойствами системы и алгоритмом функционирования, но и с фактическим функционированием системы.
В технике известны и используются три фундаментальных принципа: разомкнутого управления, компенсации и обратной связи.
Принцип разомкнутого управления
Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируются другими факторами - возмущениями или выходными координатами процесса. Общая функциональная схема системы имеет вид:
Задание x0(t) алгоритма функционирования может вырабатываться как специальным техническим устройством - задатчиком программы 1, так и выполняться заранее при проектировании системы, и затем непосредственно использоваться при конструировании управляющего устройства 2. В последнем случае блок 1 на схеме отсутствует. Схема имеет вид разомкнутого контура, в котором основное воздействие передается от входного элемента к выходному элементу 3 как показано стрелками. Это и дало основание принципа. Близость х0 и х в разомкнутых системах обеспечивается только конструкцией и подбором физических закономерностей, действующих во всех элементах.
Принцип компенсации (управление по возмущению)
Если возмущающие воздействия настолько велики, что разомкнутая цепь не обеспечивает требуемой точности выполнения алгоритма функционирования, то для повышения точности иногда возможно, измерив, возмущение, ввести по результатам измерения коррективы в алгоритм управления, которые компенсировали бы вызываемые возмущениями отклонения алгоритма функционирования.
Так как отклонение регулируемой величины зависит не только от управляющего μ (вектора управления), но и от возмущающего f воздействия, то есть X = F1(μ, f), то в принципе можно подобрать управление μ=F2(f) таким образом, чтобы в установившемся режиме отклонение отсутствовало, то есть
Функциональная схема регулирования по возмущению имеет вид:
Регулирование в функции возмущающего воздействия позволяет получить неизменное значение выходной переменной в определенном диапазоне изменения этого возмущения. Такой способ называется принципом регулирования по возмущению. Однако при таком регулировании не учитывается и не компенсируется отклонение выходной переменной, вызываемое другими факторами.
Устройство, осуществляющее управляющее воздействие на регулятор в функции возмущающего воздействия, можно назвать компенсирующей связью.
При наличии нескольких возмущающих воздействий регулятор должен иметь компенсирующие связи по каждому из этих возмущений, чтобы обеспечить поддержание выходной переменной на заданном уровне. При этом усложняется конструкция регулятора и потребуется большое количество разнообразных элементов.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1066; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!