Лекция 1 - Основныепринципыуправления (PDF-лекции), страница 2

Чтобы сохранить этот уро-3вень, нужно обеспечить равенство q A  q B . При управлении по возмущению измеряетсярасход жидкости и обеспечивается равенство q A  q B ' где q B ' – измеряемое значение расхода. На практике измерение всегда производится с ошибкой q  q B  q B ' . Поэтому возникает разница между притоком и расходом q A  q B  q B '(q B ' q )  q . И если, например, ошибка измерения q  const , то в момент t количество жидкости увеличится (приq  0 ) или уменьшится (при q  0 ) на q (t  t0 ) и соответственно уровень жидкостиподнимется или опустится до значения, пропорционального времени.1.2.3. Принцип обратной связи (управление по отклонению).

Управлением поотклонению называется такой способ управления, при котором определяется отклонениетекущего значения выходной переменной от требуемого значения и на его основе формируется управляющее воздействие.На рис. 1.4 представлен поплавковый регулятор уровня бензина, устанавливаемый в карбюраторе автомобильныхдвигателей. В нем реализован способуправления по отклонению. Поплавок,который является одновременно измерителем уровня и сравнивающим устройством, в зависимости от отклонения уровнябензина от требуемого значения с помоРис.

1.4. Поплавковый регулятор карбюраторащью иглы непосредственно регулируетприток бензина в камеру и поддерживает требуемый уровень.Системы управления, основанные на способе управления по отклонению, непременно содержат обратную связь – канал связи, по которому информация об управляемойпеременной 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 (1765 г.) и регулятор угловой скорости паровой машины Уатта(1784г.). Поэтому принцип обратной связи иногда называют принципом ПолзуноваУатта.Достоинством принципа обратной связи является его универсальность, возможность его использования в условиях отсутствия информации о возмущающих воздействиях. Действительно, для его реализации не надо знать, какие возмущения действуют насистему управления и чем вызвано отклонение управляемой переменной от требуемогозначения.Принцип обратной связи широко используется в технике, а также присущ живыморганизмам и обществу.

Так, например, установлено, что, когда человек берет какой-либопредмет, управление кистью его руки производится по принципу обратной связи.Недостатком способа управления по отклонению является принципиальная невозможность полной компенсации возмущающих воздействий.

Это связано с тем, что приэтом способе управления управляющее воздействие начинает вырабатываться и оказыватьвлияние на ход процесса управления только после того, как возмущение, начав действовать, вызывает отклонение управляемой величины от требуемого режима. Кроме того,следует отметить, что система управления с обратной связью может оказаться неустойчивой, хотя объект управления устойчив.1.2.4. Принцип комбинированного управления.

Выше при рассмотрении принципа компенсации и принципа обратной связи отмечались их достоинства и недостатки.Естественной является попытка поиска способа управления, в котором бы совмещалисьдостоинства обоих принципов управления. Таким способом управления является принципкомбинированного управления, при котором одновременно используются способы управления как по возмущению, так и по отклонению.4Принцип комбинированного управления используется в тех случаях, когда на систему действует много различных возмущений, один (или несколько) из которых оказываетнаибольшее влияние на работу системы управления и может быть измерен. В подобныхслучаях влияние превалирующего возмущения можно нейтрализовать, используя принципкомпенсации, и нейтрализовать влияние остальных возмущений, используя принцип обратной связи.1.3.

Структура системы управленияСистема управления включает управляющее устройство (УУ) и объект управления.Структура УУ зависит от используемого принципа управления. При использовании принципа программного управления УУ включает программатор и исполнительное устройство(см. рис. 1.3).Управляющее устройство, построенное на основе принципа компенсации (рис.1.5), включает: задатчик или задающее устройство (ЗУ), которое вырабатывает задающеевоздействие; чувствительный элемент (ЧЭ), предназначенный для измерения возмущения;усилительно-преобразовательное устройство (УПУ), которое на основе задающего воздействия и измеренных значений возмущения вырабатывает управляющее воздействие;исполнительное устройство (ИУ), которое непосредственно воздействует на объектуправления.Рис.

1.5. Функциональная схема САУ повозмущениюРис. 1.6. Функциональная схема САУ с обратнойсвязью (без штриховых линий) и с комбинированным управлением (со штриховыми линиями)Управляющее устройство системы управления по отклонению (рис. 1.6, безштриховой линии), помимо задающего устройства, усилительно-преобразующего устройства и исполнительного устройства, содержит сравнивающее устройство (СУ), котороеопределяет ошибку е, равную или пропорциональную отклонению управляемой переменной от требуемого значения, и чувствительный элемент (ЧЭ), предназначенный для измерения управляемой переменной.Управляющее устройство системы комбинированного управления (рис. 1.6 соштриховой линией) по сравнению с управляющим устройством системы управления поотклонению включает дополнительно чувствительный элемент, предназначенный для измерения возмущения.Иногда в САР чувствительный элемент без промежуточных элементов (усилительно-преобразовательного и исполнительного устройств) непосредственно воздействует наобъект регулирования.

Такие системы регулирования называются системами прямого регулирования. В этих системах энергия, необходимая для изменения положения управляющего органа поступает непосредственно от ЧЭ. Следует отметить, что реакция управляющего органа на ЧЭ снижает его чувствительность, в результате чего ухудшается качество регулирования. Рассмотренная выше САР уровня бензина в карбюраторе являетсясистемой прямого регулирования.Системы управления (регулирования), в которых между измерительным элементоми управляющим органом имеются усилительно-преобразовательные и исполнительныеустройства, называются системами непрямого управления (регулирования).51.4.

Законы управленияКак было установлено выше, управляющее устройство состоит из различных элементов. Однако при разработке и исследовании алгоритмов управления обычно исполнительное устройство и другие элементы, обладающие инерционностью, объединяют с объектом управления, и блоксхему замкнутой системыуправления представляюттак, как это показано нарис. 1.7.Здесь под регуляторомРис. 1.7. Блок-схема замкнутой системы управленияили управляющим устройством понимают преобразующее устройство, формирующее на основе ошибки eуправляющее воздействие, а объектом регулирования (управления) – собственно объектуправления, объединенный с остальной (инерционной) частью управляющего устройства.Зависимость u  F (e) выходной переменной регулятора от его входной переменной называется законом или алгоритмом управления.

Здесь F – оператор.В промышленных регуляторах находят применение следующие типовые законыуправления и соответственно регуляторы:пропорциональный закон или П-закон (пропорциональный регулятор или П-регулятор)u  kп e ;пропорционально-интегральный закон или ПИ-закон (пропорционально-интегральный регулятор или ПИ-регулятор)tu  kп e  kи  e(t )dt ;0пропорционально-дифференциальный закон или ПД-закон (пропорциональнодифференциальный регулятор или ПД-регулятор)deu  kп e  kд;dtпропорционально-интегро-дифференциальный закон или ПИД-закон (пропорционально-интегро-дифференциальный регулятор или ПИД-регулятор)tdeu  k п e  kи  e(t )dt  kд.dt0Здесь k п , k и и k д – константы (передаточные коэффициенты).

Как влияет каждоеслагаемое в законе управления на управляемый процесс, как выбирается закон управленияи определяются передаточные коэффициенты, будет рассмотрено позже при синтезе алгоритмов управления.1.5. Классификация систем управленияСистемы управления классифицируют по различным признакам.По наличию или отсутствию обратной связи выделяют замкнутые и разомкнутые системы управления.По виду задающего воздействия g различают:системы стабилизации: g  const ;системы программного управления: g  g (t ) , т.е. задающее воздействие – заданнаяфункция времени;6следящие системы: задающее воздействие заранее не известно и определяетсявнешними факторами (например, в радиолокационной станции слежения за самолетомзадающее воздействие определяется движением наблюдаемого самолета).В зависимости от использования текущей информации системы управления делятся на обычные (неадаптивные) и адаптивные.

Система управления называется неадаптивной, если текущая информация используется только для выработки управляющеговоздействия при неизменном алгоритме управления. Система называется адаптивной, если текущая информация используется также для изменения алгоритма управления и/илизадающего воздействия.В зависимости от вида сигнала на выходе элементов системы управления делятна непрерывные и дискретные. Если сигнал на выходе какого-либо элемента квантован поуровню (т.е. принимает дискретные значения) и/или по времени (т.

е. представляет последовательность импульсов), то система управления называется дискретной; в противномслучае, т.е. когда выходные переменные всех элементов системы управления являютсянепрерывными функциями, система называется непрерывной.По тому, зависит характеристика (свойство) системы управления от времениили нет, различают стационарные и нестационарные системы управления. Систему управления называют стационарной, если ее характеристика не зависит от времени, и нестационарной, если ее характеристика зависит от времени.По уравнениям, которыми описываются системы управления, они делятся на линейные и нелинейные. Системауправления называется линейной,если она описывается линейнымиуравнениями, и нелинейной, еслионаописываетсянелинейнымиуравнениями.По характеру внешних (задающих и возмущающих) воздействий различают детерминированные и стохастические системыуправления.

Система управленияназывается детерминированной, если все воздействия являются детерминированными, и стохастической,если хотя бы одно воздействие является стохастическим (случайным).На рис. 1.8 представленаклассификациясистем автоматичеРис. 1.8. Классификация САУского управления (САУ).7.