Принципы автоматического управления. Исполнитель

Принципы автоматического управления.

Цель: Ознакомление студентов с принципами автоматического управления используемых в технологических процессах и производств.

План:

1. Принцип разомкнутого управления.
2. Управление по отклонению.
3. Управление по возмущению.
4. Принцип комбинированного управления.
5. Принцип адаптации
6. Статическое и астатическое регулирование.

 {spoiler=Подробнее}

   Несмотря на существенное разнообразие технологических процессов построение САУ основывается на общих принципах управления:

1. Принцип разомкнутого управления.
2. Управление по отклонению.
3. Управление по возмущению.
4. Принцип комбинированного управления.
5. Принцип адаптации.
6. Статическое и астатическое регулирование.

Принцип разомкнутого управления.

    Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины.

  Его блок-схема.

                                                f(t)

   X(t)                    U(t)                     Y(t)

   Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления объектом вырабатывается управляющим устройством только на основе заданного алгоритма функционирования (задаваемого X(t)) и не контролируется другими величинами – возмущениями и выходными координатами.

   Близость текущего Y(t) и заданного X(t) значений векторов и их координат в разомкнутых системах обеспечивается только подбором физических параметров элементов и их конструкций.

Принцип управления по отклонению.

         Этот принцип является одним из наиболее ранних и широко распространённых принципов управления. В соответствии с ним воздействие на регулирующий орган объекта вырабатывается как функция отклонения регулируемой величины от предписанного значения.

Его блок-схема.

                                                  f(t)

   X(t)                     U(t)                         Y(t) 

   САУ при таком управлении представляет собой замкнутый контур, образованный ОУ и УУ.

   Используется отрицательная обратная связь. На вход УУ подаются задающие воздействия X(t) и выходная величина Y(t). УУ стремится ликвидировать все отклонения Y(t) от его заданного значения, определяемого X(t) независимо от причины, вызвавшей это отклонение.

   Управляющее воздействие U(t) вырабатывается на основе информации об отклонении управляемой величины от требуемого значения.

   Управление по отклонению может быть статическим и астатическим.

Управление по возмущению или принцип компенсации возмущения.

Так как отклонение регулируемой величины зависит не только от управления, но и возмущающего воздействия, то в принципе можно сформулировать закон управления так, чтобы в установившемся режиме отклонение отсутствовало.

   Блок-схема системы.

                                                f(t)

   X(t)                     U(t)                       Y(t)

   Система незамкнута.

   К – компенсатор.

Принцип управления по возмущению или принцип компенсации возмущения состоит в том, что управляющее воздействие в системе в зависимости от результатов измерения возмущений, действующих на объект.

   Система, построенная по этому принципу представляет собой разомкнутую систему без обратной связи.

   Достоинством принципа управления по возмущению является относительная простота реализации и высокое быстродействие цепей компенсации, поскольку САУ реагирует на причину, а не на следствие.

   Недостатком этого принципа является избирательность – не всегда возможно измерить все возмущения и обычно измеряются только наиболее существенные.

Принцип комбинированного управления.

   Блок-схема системы.

                                                  f(t)

X(t)

                           U(t)                           Y(t)

 Принцип комбинированного управления сочетает в себе принципы управления по отклонению и по возмущению.

   В таких системах объединяются достоинства систем по отклонению и по возмущению, а именно – быстрота реакции на изменение возмущений и точное регулирование независимо от того, какая причина вызвала отклонение регулируемой величины от заданного значения.

Принцип адаптации.

         В управлении начинает использоваться принцип адаптации. он применяется тогда, когда параметры системы под влиянием внешних факторов изменяются непредвиденным заранее образом настолько сильно, что движение системы претерпевает существенные качественные изменения. При этом рассмотренные выше принципы управления уже не дают возможности обеспечить нормальное функционирование системы и необходимо в процессе управления изменять параметры и даже структуру системы.

.        Адаптируемые системы обладают способностью приспосабливаться в процессе функционирования к значительным изменениям окружающей среды и улучшать свои свойства.

          В адаптированной системе имеется основное УУ, которое мы будем обозначать ОУУ и дополнительное устройство (ДУУ).

   Блок-схема системы.

                                                  f(t)

X(t)                            U(t)                         Y(t)

   Основная система построена на основе принципа управления по отклонению и включает в себя ОУУ и ОУ.

   Дополнительная система оценивает свойства входного сигнала, свойства возмущения, действующего на объект, анализирует управляющее воздействие, вырабатываемое ОУУ, а также анализирует результат измерения управляемой величины.

   На основе обработки поступившей информации ДУУ определяет способ изменения характеристик ОУУ (его параметров, его структуры или закона регулирования).

   Таким образом адаптацию САУ можно рассматривать как процесс автоматической настройки ОУУ по совокупности текущей информации об изменяющихся условиях работы для достижения поставленной цели управления.

Статическое и астатическое регулирование.

   Статическое и астатическое регулирование определяется характером зависимости между значением регулируемого параметра Y(t) и величиной внешнего возмущения на объект регулирования f(t).

   При статическом регулировании в установившемся состоянии имеется определённая связь и зависимость между величиной отклонения Dу и величиной внешнего возмущения, например нагрузки объекта.

   Для создания требуемого регулирующего воздействия U(t) обязательно должно иметь место отклонение регулируемого параметра.

   При статическом регулировании всегда имеется остаточное отклонение регулируемого параметра от номинального значения.

   Равновесие системы при статическом регулировании для разных нагрузок получается при различных значениях регулируемого параметра, лежащих в заданных пределах.

Пример статического регулятора напряжения генератора постоянного тока.

   Схема системы.

                                                           ОВ             

                                                          Iв                 Г       Uг     Rн1 Rн2

         П

                       Uз

                                              Uф

П – задающий потенциометр.

-         электронный усилитель.

Г – генератор постоянного тока.

ОВ – обмотка возбуждения Г.

Rн1, Rн2 – нагрузки.

   При изменении нагрузки Rн (увеличении или уменьшении потребителей) изменяется напряжение генератора Uг. Требуемое возбуждение генератора iв (управляющее воздействие) осуществляется путём изменения входного сигнала электронного усилителя DU. Этот сигнал пропорционален отклонению регулируемого параметра Uг (Uф) от заданного значения Uз.

DU = Uз - Uф = Uз – Uг.

DU – отклонение, рассогласование или ошибка.

   Отклонение DU, его наличие является неизбежным и должно быть тем большим, чем больше изменится величина возмущения (нагрузка).

   Это отклонение сохраняется и в установившемся режиме.

   Зависимость напряжения генератора от нагрузки (рабочая характеристика) статического регулятора имеет вид:

              U_гmax

              U_гном

               U_гmin

                           Р_min P_ном         P_max              P_(iн)   

Переходная характеристика, при уменьшении нагрузки генератора скачком, будет иметь следующий вид:

     Uг   

    Uг₂

                                                                  Uг_max - Uг_min

    Uг₁

                                                                  t

Uг₁, Uг₂ – лежат в пределах допустимых значений Uг (смотри рабочую характеристику).

   Абсолютная статическая неравномерность есть  U_max – U_min.

   Относительная статическая неравномерность или статизм системы.

d = (U_max - U_min)/U_ном.

   Статизм системы, значение регулируемой величины Uг, не остаются постоянными при различных нагрузках объекта, а изменяются с изменением нагрузки в пределах статической неравномерности.

Контрольные вопросы:

1. в чём достоинства и недостатки принципов разомкнутого у замкнутого управления?
2. Сравните достоинства и недостатки принципов управления по отклонению и возмущению.
3. В чём состоит принцип комбинированного управления и принцип адаптации?
4. Назовите достоинства и недостатки статического и астатического регулирования.

{/spoilers}