1.2. Фундаментальные принципы управления

Принято различать три фундаментальных принципа управления: принцип разомкнутого управления, принцип компенсации, принцип обратной связи.

1.2.1. Принцип разомкнутого управления

В схеме на рис. 4 заложен принцип разомкнутого управления, сущность которого состоит в том, что программа управления жестко задана ЗУ; управление не учитывает влияние возмущений на параметры процесса.

1.2.2. Принцип компенсации

Если возмущающий фактор искажает выходную величину до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации (рис.5, КУ— корректирующее устройство).

Если каким-то образом удается измерить величину f, то можно откорректировать управляющее воздействие u на входе ОУ, суммируя сигнал УУ с корректирующим воздействием , зависящим от возмущения f и компенсирующим его влияние.

В качестве примера роль корректирующего устройства может выполнять терморезистор, включенный последовательно в цепь обмотки динамика.

Достоинство принципа компенсации: быстрота реакции на возмущения. Он более точен, чем принцип разомкнутого управления. Недостаток: невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

1.2.3. Принцип обратной связи

Наибольшее распространение в технике получил принцип обратной связи (рис.6).

Здесь управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y. И уже не важно, какие возмущения действуют на ОУ. Если значение y отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u с целью уменьшения данного отклонения. Связь выхода ОУ с его входом называется главной обратной связью (ОС).

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

1.2.4. Автоматическое регулирование

Принцип обратной связи заложен в наиболее распространенных в технике системах автоматического управления — системах автоматического регулирования (САР). Общая функциональная схема САР приведена на рис. 7.

ЗУ формирует требуемое значение выходной величины , которое сравнивается с действительным значением на выходе САУ. Отклонение с выхода сравнивающего устройства подается на вход регулятора Р. Если , то регулятор формирует управляющее воздействие , действующее до тех пор, пока не обеспечится равенство , или . Так как на регулятор подается разность сигналов, то такая обратная связь называется отрицательной, в отличие от положительной обратной связи, когда сигналы складываются.

Такое управление в функции отклонения называется регулированием, а подобную САУ называют системой автоматического регулирования.

2. Статический режим сау

2.1. Статические характеристики

Режим работы САУ, в котором управляемая величина и все промежуточные величины не изменяются во времени, называется установившимся, или статическим режимом. Любое звено и САУ в целом в данном режиме описывается уравнениями статики вида , в которых отсутствует время t. Соответствующие им графики называются статическими характеристиками. Статическая характеристика звена с одним входом u может быть представлена кривой (рис. 8). Если звено имеет второй вход по возмущению f, то статическая характеристика задается семейством кривых при различных значениях f, или при различных u.

 

Рассмотрим уравнение статики обычного рычага (рис.9).

Уравнение статики для него имеет вид . Рычаг можно изобразить звеном, функцией которого является усиление (или ослабление) входного сигнала в K раз. Коэффициент , равный отношению выходной величины к входной называется коэффициентом усиления звена. Когда входная и выходная величины имеют разную природу, его называют коэффициентом передачи.

Статическая характеристика данного звена имеет вид отрезка прямой линии с наклоном (рис.10).

Звенья с линейными статическими характеристиками называются линейными. Статические характеристики реальных звеньев, как правило, нелинейны. Такие звенья называются нелинейными.

Например, статическая характеристика насыщенного генератора постоянного тока представлена на рис.11.

Зная статические характеристики отдельных звеньев, можно рассчитать статическую характеристику САУ. Если все звенья САУ линейные, то САУ имеет линейную статическую характеристику и называется линейной. Если хотя бы одно звено нелинейное, то САУ нелинейная.

Звенья, для которых можно задать статическую характеристику в виде жесткой функциональной зависимости выходной величины от входной, называются статическими. Если такая связь отсутствует и каждому значению входной величины соответствует множество значений выходной величины, то такое звено называется астатическим. Изображать его статическую характеристику бессмысленно. Примером астатического звена может служить двигатель, входной величиной которого является напряжение U, а выходной - угол поворота вала , величина которого при может принимать любые значения.