Принцип разомкнутого управления

По этому принципу управляющее устройство формирует сигнал управления без учета информации о возмущениях и о результатах управления. Применим этот простейший принцип только в том случае, если возмущения определены и учтены на предварительной стадии при формировании алгоритма управления, а объект управления строго исполняет предписанный алгоритм. Точность поддержания выходной величины зависит от точности каждого элемента системы, т.е. от жесткости системы.

Функциональную схему такой системы можно представить в виде следующей структуры (рис. 2.3):

Рис. 2.3. Функциональная схема разомкнутой системы управления

Как видно из схемы, управляющее устройство УУ формирует управляющее воздействие u(t) на основе алгоритма функционирования САУ, который формируется задающим устройством ЗУ в виде задающего воздействия g(t). В простейшем случае g(t) = const. Задающее воздействие может вырабатываться либо при помощи специального устройства, либо может быть заложено при конструировании в УУ. В случае отклонения значений возмущающих воздействий f(t) от номинальных выходная величина также будет отклоняться от заданного значения, то есть система будет работать с некоторой погрешностью, зависящей от величины возмущений. Это является основным недостатком принципа. К числу его достоинств можно отнести простоту реализации.

Областью использования принципа являются САУ и другие устройства, работающие в узком диапазоне возмущающих воздействий (например, лабораторные средства измерений, для которых нормируется рабочий температурный диапазон) или системы с пониженными требованиями по точности регулирования.

Такую структуру имеют САУ с шаговым двигателем, с распределительным валом, с управлением от кулачков, копиров.

Рассмотрим пример разомкнутой системы автоматического управления температуры в печи по заданной программе. Программа управления реализуется кулачковым механизмом (КМ), профиль и частота вращения которого задает заданный алгоритм функционирования САУ. Кулачок через кинематическую цепь связан с движком потенциометра (П), с помощью которого можно изменять ток в цепи нагревательного элемента НЭ. Нагревательный элемент (НЭ), с помощью которого можно изменять параметры управляемого процесса (в данном случае температуру внутри камеры) называется управляющим органом объекта управления (УО). Это может быть реостат, вентиль, заслонка и т.п. Для усиления и преобразования напряжения с потенциометра в ток, применяется усилитель У. Для контроля и регистрации изменения температуры в камере Т_вн используется чувствительный элемент в виде термопары ТП, связанной с измерительным прибором ИП.

Р

П

ис. 2.4. Разомкнутая система автоматического управления

температурой камеры

САУ работает следующим образом. При вращении кулачка КМ, толкатель перемещает движок потенциометра П и ток в цепи нагревательного НЭ изменяется по закону заданному кулачковым механизмом. При постоянных значениях внешних возмущений, температура в камере будет изменяться в соответствии с заданным алгоритмом.

Рассмотрим пример САР частоты вращения ротора электродвигателя постоянного тока.

Для регулирования скорости вращения ω ротора двигателя ЭД (рис. 2.5, а) при якорном управлении регулируют напряжение на якоре U_д. Для этого с помощью делителя напряжения на потенциометре R из напряжения питания U_п получают задающее напряжение U_з, которое поступает на вход усилителя У. К выходу усилителя подключен якорь электродвигателя. Перемещая подвижный контакт потенциометра, можно задать необходимую скорость вращения. Однако, при действии на валу двигателя момента сопротивления вращению M_c (возмущающее воздействие), скорость вращения будет падать в зависимости от величины момента.

а)

б)

Рис. 2.5. Принципиальная (а) и функциональная (б) схемы САР частоты вращения ротора электродвигателя постоянного тока