Kim D.P. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya. T. 1. Linejnye sistemy (FML, 2003)(ru)(T)(K)(600dpi)(288s)_MOc_ (Ким - теория автоматического управления), страница 3

Принцип программного управления неприменим при управлении объектом,на который действуют заранее не известные возмущения, оказывающие существенное влияние на управляемую величину. Он также неприменим, если объект управления является нейтральным или неустойчивым и система управления должна функционировать достаточно длительное время. Это связано с тем, что при нейтральном и неустойчивом объекте управления небольшая систематическая ошибка в программном управлении приводит к нарастающей ошибке управляемой переменной. 1.2.2.

Принцип компенсации. Основной причиной, обуславливающей использование специальных УУ, содержащих, помимо программатора и ИУ, измерительные и усилительно-преобразующие устройства, является действие на систему управления возмущений, оказывающих существенное влияние на ее работу. Естественно напрашивается способ управления, при котором определяются (измеряются) действующие на систему управления возмущения и на их осно- 1,лб Принципы управления ве вырабатывается управляющее воздействие, которое полностью или частично компенсирует влияние возмущений на процесс управления. Способ управления, при котором управляющее воздействие вырабатывается на основе действуя>щих возмущений, называется способом управления по возмущению или принцтшм компенсации.

Принцип компенсации иногда также называют принципом Понселе (по имени французского инженера Ж. Понселе (Ропзе1с1), предложившего принцип регулирования паровой машины по моменту сопротивления на ее валу, т. е. по возмущению). Лостоинством способа управления по воз- $ мущению является принципиальная возможность полной компенсации возмущающего воз- о— действия. и, На рис. 1.4 представлена система автоматического регулирования (САР) генератора с компаундированием. Здесь управление произ- П КО водится не со стороны обмотки возбуждения, а с помощью компаундной обмотки КО, включенной в цепь якоря.

Выходное напряжение Рис. 1.4. Система упи =е — Л1, (1 ц равлевия генератора и — г я и с компаундированием где е, --- ЭЛС генератора, В„-- активное сопротивление якорной цепи (без учета сопротивления нагрузки). При некоторых допущениях ЭПС генератора е„пропорциональна потоку возбуждения ул =й е„=,, ув. Поток возбуждения ув складывается из постоянного потока воз- буждения ув, обмотки возбуждения и магнитного потока ув,„компаундной обмотки: 'вв = 'рл + узле Поток уз,„пропорционален току нагрузки: ~р„= й,уео где коэффициент й, зависит от шунтирующего сопротивления Л и числа обмотки КО.

Поэтому Е„= й,уе = Й,(уел + Йаг„). Подставив это выражение в (1.1), получим и„= Й„(уз, + Й,1„) — П.„1„. При номинальной нагрузка 1„= 1в и,', = Й,(уее + Йог'„) — П„~'„. При изменении нагрузки (1„= 1а + Ьг„) уравнение (1.2) принимает вид и„= Йя(уел + Йег„) + ЙлйеЬг„— П„~.'„— й„е1е'„. Из двух последних уравнений следует, что выходное напряжение не изменится (и„= ао) при изменении нагрузки, если й,й„езе„— Я„лу„= 0 или й„= П„/й,.

Последнее равенство всегда можно обеспечить выбором сопротивления Л и числа обмоток КО. 14 Гл. 1. Основные понятия и приниипы управления Таким образом, в САР генератора с компаундированием можно полностью компенсировать возмущение, представляющее собой изменение нагрузки. Данная система является системой управления по возмущению, так как управление, которым является изменение потока возбуждения, пропорционально возмущения> Ьзя. В САР генератора компаундная обмотка является чувствительным элементом, и она без промежуточных элементов (усилительно- преобразовательного и исполнительного устройств) непосредственно воздействует на объект регулирования. Такие системы регулирования называются системами прямого регулирования.

Системы управления (регулирования), в которых между измерительным элементом и регулирующим органом имеются усилительно-преобразовательные и исполнительные устройства, называются сиглпгмами непрямого управления (рег улирования). Недостатком метода компенсации является то, что он нс всегда применим. Его нельзя применять, если возмущение нельзя измерить (из-за того, что его существование не известно или по другой причине). Его нецелесообразно использовать, когда на систему действует много различных возмущений, так как в этом случае УУ получается сложным.

Кроме того, принцип компенсации нельзя использовать, если объект управления является нейтральным или неустойчивым. Действительно, рассмотрим в качестве примера резервуар с жидкостью (см. рис. 1.1, б), который является нейтральным объектом управления. Пусть Чл приток жидкости (объем жидкости, поступающей в резервуар за единицу времени), Чн расход (объем жидкости, вытекающей из резервуара за единицу времени), и пусть в начальный момент времени 1о уровень жидкости равен требуемому значению. Чтобы сохранить этот уровень, нужно обеспечить ра; венство Чл = Чн. ПРи УпРавлении по возмУщению измеРЯетсЯ Расход жидкости и обеспечивается равенство Чл = Чн, где Чн .

†. измеряемое значение расхода. На практике измерение всегда производится с ошибкой сяд = Чн — дп. Поэтому возникает разница между притоком и расходом Чл — Чп = Чн — (Чв+ сяд) = — сад. И если, например, ошибка измерения Ьд = сопят, то в момент 1 количество жидкости увеличится (при Ьд ( О) или уменьшится (при Ьд ) О) на ~ЬЧ~ (1 — 1о) и соответственно уровень жидкости поднимется или опустится до значения, пропорционального времени. 1.2.3.

Принцип обратной связи. Управлением по оглнлонснию называется такой способ управления, при котором определяется отклонение текущего значения выходной переменной от требуемого значения и на его основе формируется управляющее воздействие. На рис.

1.5 представлен поплавковый регулятор уровня бензина, устанавливаемый в карбюраторе автомобильных двигателей. В нем реализован способ управления по отклонению. Поплавок, который является одновременно измерителем уровня и сравнивающим устройст- 15 1.2. Припчипм управлаппя оплавок К жиклерам Рис. 1.5.

Поплавковый регулятор карбюратора вом, в зависимости от отклонения уровня бензина от требуемого значения с помощью иглы непосредственно регулирует приток бензина в камеру и поддерживает требуемый уровень. Таким образом, данная САР уровня бензина в камере является системой прямого регулирования. Системы управления, основанные на способе управления по отклонению, непременно содержат обраптую связь канал связи, по которому информация об управляемой переменной поступает на управляющее устройство. Поэтому способ управления по отклонению называют также принципом обратной связи. Первыми промышленными регуляторами, построенными по принципу обратной связи, являются регулятор уровня котла паровой машины Ползунова (1765г.) и регулятор угловой скорости паровой машины Уатта (1784г.).

Поэтому принцип обратной связи иногда называют принципом Полэупова Уатта. На рис. 1.6 представлена система автоматического регулирования (САР) напряжения генератора, которая функционирует следую- Рис. 1.6. САР генератора капряжеяия постоянного тока 16 Гв. 1. Основные понятия и ириниавы увраввенин щим образом. Напряжение, которое снимается с делителя напряжения Лв, служащего чувствительным элементом, пропорционально выходному напряжению. Это напряжение сравнивается с задающим напряжением и, и определяется отклонение (ошибка) Ьи., которое усиливается электронным усилителем (ЭУ) и подается на электромашинный усилитель (ЭМУ). На выход ЭМУ подключена обмотка возбуждения генератора.

достоинством принципа обратной связи является его универсальность, возможность его использования в условиях отсутствия информации о возмущающих воздействиях. Пействительно, для его реализации не надо знать, какие возмущения действуют на систему управления и чем вызвано отклонение управляемой переменной от требуемого значения. Принцип обратной связи широко используется в технике, а также присущ живым организмам и обществу. Так, например, установлено, что, когда человек берет какой-либо предмет, управление кистью его руки производится по принципу обратной связи.

Рыночная экономика представляет собой систему управления, функционирующую по принципу обратной связи. В данной системе регулятором, работающим по принципу обратной связи, является рынок, который определяет дисбаланс между предложением и спросом и воздействует на производство того или иного товара. Недостатком способа управления по отклонению является принципиальная невозможность полной компенсации возмущающих воздействий. Это связано с тем, что при этом способе управления управляющее воздействие начинает вырабатываться и оказывать влияние на ход процесса управления только после того, как возмущение, начав действовать, вызывает отклонение управляемой величины от требуемого режима.