принцип замкнутого управления?

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

1.1. Основные принципы управления

Задача управления заключается в том, чтобы объект управления в условиях реальной эксплуатации обеспечивал выполнение требуемых функций. Фактическое состояние объекта управления определяется одним или несколькими рабочими параметрами y ( t ) . Чаще всего рабочие параметры представляют собой физические величины: скорость (линейная и вращения), температура, напряжение электрического тока, линейные и угловые перемещения и т. д. В реальных условиях на объект управления оказывают влияние внешние воздействия, которые называются возмущающими z ( t ) . Эти воздействия вызывают изменение внутреннего состояния объекта и как следствие рабочих параметров. В связи с этим для выполнения рабочих функций по заданным алгоритмам необходимо на объект управления организовать подачу управляющих воздействий U ( t ) (рис. 1.1).

Заданный алгоритм обычно предусматривает поддержание рабочего параметра постоянным во времени или же изменение во времени по известному или неизвестному закону. Задача управления заключается в формировании такого закона изменения управляющего воздействия, при котором обеспечивается заданный алгоритм при наличии возмущающих воздействий. Для решения этой задачи используются три фундаментальных принципа управления: разомкнутое управление, управление по возмущению (принцип компенсации) и замкнутое управление (принцип обратной связи или управление по отклонению). Структурные схемы принципов управления представлены на рис. 1.2. При разомкнутом принципе (рис. 1.2, а ) управляющее устройство вырабатывает сигнал управления U , который поступает на исполнительные элементы объекта управления. На вход управляющего устройства подается сигнал X , представляющий собой задание. Задание формируется человеком или специальным задающим устройством. Данный принцип отличается простотой технической реализации, но оказывается малоэффективным при недостаточной информации о характере возмущении и при их большой интенсивности. Для того чтобы учесть характер возмущений в процессе управления объектом применяют управление по возмущению (рис. 1.2, б ). Здесь убавляющее устройство вырабатывает сигнал управления U в соответствии с заданием Х . Одновременно производится измерение возмущений, действующих на объект, и производится коррекция сигнала управления U . Полученный в результате коррекции сигнал управления U поступает на объект управления. Данный принцип является более эффективным по сравнению с разомкнутым управлением при условии, что имеется техническая возможность измерения возмущающих воздействий. Указанное условие ограничивает применение данного принципа.

Принцип замкнутого управления (рис. 1.2, в ) позволяет решить задачу управления при любом характере действующих возмущений. В этом случае сигнал задания поступает на один из входов элемента сравнения, на другой вход которого по цепи обратной связи подается измеренное с помощью датчиков фактическое значение рабочего параметра объекта управления. На выходе элемента сравнения имеем сигнал D (ошибку, отклонение), который является разностью между заданным и фактическим значениями параметров, т. е. D = Х Y . Управляющее устройство в зависимости от величины и знака ошибки вырабатывает сигнал управления. Таким образом, принцип замкнутого управления учитывает не только задание, но и фактическое состояние объекта и действующих возмущений. Поэтому данный принцип является наиболее универсальным и позволяет успешно решать задачи управления, несмотря на неопределенность объекта управления и характера возмущений. Класс автоматических систем, построенных на основе принципа замкнутого управления, получил название систем автоматического регулирования (САР).

П римером таких систем являются системы автоведения поезда. В этих системах на борту локомотива определяется заданная скорость V з применительно к конкретному участку. Эта скорость вычисляется специальным устройством и зависит от расстояния до впередиидущего поезда, от состояния верхнего строения пути, типа локомотива, давления в тормозной магистрали, веса состава, профиля участка и т. д. На борту локомотива производится измерение фактической скорости V j и сравнение с заданной. Если , то происходит включение тяговых двигателей, в противном случае включаются тормозные средства.

Свойство универсальности САР позволяет предположить, что структура замкнутого управления в неявном виде широко представлена в технике и природе. Рассмотрим динамические процессы, протекающие в элементарной RC -цепи (рис. 1.3). Падение напряжения на сопротивлении R ( U R ) равно разности между входным напряжением U 1 и выходным напряжения U 2 , т. е. U R = U 1 U 2 . Напряжение U R определяет ток , от которого зависит заряд