Учебно-методический комплекс по дисциплине «Теоретические основы автоматизированного управления», страница 29

В основе построения автоматической системы лежат некоторые фундаментальные принципы управления, определяющие, каким образом осуществляется увязка закона функционирования объекта управления и алгоритма управления с учетом динамических свойств системы и внешних воздействий на нее.

Известны три фундаментальных принципа построения автоматических систем: принципы программного управления, управления по возмущению (компенсации) и управления по отклонению (обратной связи).

Различие функциональных схем, реализующих эти принципы, заключается в характере взаимодействия автоматического управляющего устройства и объекта управления. Для первых двух принципов характерна разомкнутая цепь воздействий, по которой управляющее устройство оказывает воздействие на объект управления, но обратное воздействие отсутствует. Такие системы управления называют системами с разомкнутым контуром управления.

Функциональная схема системы управления по отклонению содержит замкнутую цепь воздействий, обеспечивающую взаимные воздействия управляющего устройства и объекта управления. Поэтому ее называют системой с замкнутым контуром управления.

Рассмотрим особенности и основные свойства различных принципов управления.

Принцип программного управления. Функциональная схема системы, реализующая этот принцип управления, показана на рисунке 1.1.  Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления формируется управляющим устройством (УУ) только на основе заданного алгоритма функционирования автоматической системы, без использования сведений о текущих значениях внешних возмущающих воздействий w_j(t), действующих на объект управления (ОУ) и объединенных в вектор w(t), и управляемых переменных x_i(t), объединенных в вектор x(t).

На функциональной схеме (рис. 1.1) стрелками показаны направления прохождения сигналов, а прямоугольниками изображены элементы системы управления.

Рис. 1.1.

Алгоритм функционирования системы программного управления может быть как постоянным, так и переменным (переналаживаемым). В последнем случае используется специальное задающее устройство, которое формирует различные программы х_п(t) требуемого изменения во времени регулируемой переменной x(t) и передает созданную программу в управляющее устройство. Если программа х_п(t) неизменна, то она может быть реализована в конструкции управляющего устройства. При этом задающее устройство отсутствует.

Характерной особенностью возмущающего воздействия w(t) является его нестационарность. Поэтому при заданной неизменной программе х_п(t) (но при неконтролируемом изменении возмущающего воздействия w(t) ) такоеуправление объектом, как правило, приводит к большим погрешностям, что является ее недостатком. Преимущество же данного принципа управления заключается в простоте конструктивной реализации, что послужило основанием для его широкого применения.

Программный способ управления распространен в системах, на которые внешняя среда влияет несущественно: станки с числовым программным управлением, ЭВМ, выполняющие обработку информации по программе, и др.

Принцип управления по возмущению. Алгоритм управления формируется в зависимости от величины возмущающих воздействий, оказываемых внешней средой на объект управления. Функциональная схема системы, реализующая этот принцип управления, показана на рисунке 1.2. Формирование управляющего воздействия осуществляется таким образом, чтобы компенсировать действие возмущения w(t) на объект управления. Для этого текущие значения возмущающих воздействий измеряют с помощью измерительного устройства (ИУ), включаемого в состав системы управления. Выходные сигналы q_j(t) ИУ, объединенные в вектор q(t), поступают в управляющее устройство (УУ), которое формирует управляющее воздействие с учетом их текущих значений. Однако обычно измеряют только наиболее значимые возмущающие воздействия, поэтому управляемые переменные под действием других возмущений (внешних или внутренних) отклоняются от заданных значений на неконтролируемую величину и полностью устранить погрешность управления не удается.