Комбінований принцип керування

САУ, що діє за таким принципом, являє об’єднання двох розглянутих систем керування. На пристрій керування подається сигнал про значення збурення і сигнал про значення вихідної величини. Для кожного сигналу існує свій контур регулювання. Разом ми маємо комбіновану систему регулювання, комбінацію двох розглянутих принципів керування. Приклад такої комбінованої системи регулювання показано на рис. 1.11.

Розглянемо переваги й недоліки принципів керування.

При керуванні за збуренням сигнал збурення безпосередньо поступає на пристрій керування. Пристрій керування аналізує цей сигнал, автоматично виробляє потрібну дію на об’єкт і повертає його у заданий режим роботи. Алгоритм такого керування можна записати, таким чином.

1. Визначити, який потрібен режим роботи системи згідно із задаючим сигналом.

3. Подати сигнал про величину збурюючої дії на керуючий пристрій.

4. Визначити, згідно з даними які є в керуючому пристрої, яка повинна бути дія на об’єкт, щоб він працював у потрібному режимі (щоб вихідна величина мала потрібне значення) при цій величині збурюючого сигналу.

5. Виробити керуючу дію на об’єкт керування з урахуванням потрібного режиму роботи і величини збурення.

Перевагою такого керування є швидкодія. Як тільки величина збурення почала змінюватися, керуючий пристрій одразу реагує на цю зміну. Таке керування не допускає зміни режиму роботи об’єкта. Але для цього принципу керування властиві певні недоліки. По-перше, збурюючих дій на об’єкт може бути декілька, наприклад, навантаження, зміна температури середовища чи інших його характеристик. Для забезпечення надійного керування потрібно враховувати кожну з величин збурення і для кожної будувати своє коло регулювання. Це практично здійснити неможливо, адже на роботу будь-якого об’єкта може впливати безліч причин.

По-друге, для здійсненням керування за збуренням необхідно повністю знати залежність реакції системи на збурюючу дію будь-якої величини й ввести цю залежність в алгоритм роботи регулятора. Тобто розробка регулятора передбачає попереднє вивчення поведінки системи при різних збуреннях, що не завжди можна здійснити з потрібним ступенем точності.

Алгоритм керування за відхиленням можна описати таким чином:

1. Визначити, який потрібен режим роботи системи згідно із задаючим сигналом.

3. Подати сигнал про вихідну величину на керуючий пристрій.

4. Визначити відхилення вихідної величини від потрібної.

5. Виробити керуючий сигнал на пристрій керування, який залежить від величини відхилення вихідної величини від потрібного значення.

Тут керування здійснюється залежно від різниці між значенням вихідної величини, і значенням задаючої величини. Воно здійснюється незалежно від причини, яка викликає це відхилення. Не важливо, скільки є збурюючих дій і яка з них викликала відхилення режиму роботи. Керування здійснюється тільки залежно від значення різниці величин і може враховувати будь-які впливи на систему. В цьому є перевага керування за відхиленням.

Недоліками керування за відхиленням є інерційність (відставання в часі регулюючої дії від зміни збурення), яка веде до виникнення коливань та нестабільності системи.

Можливість виникнення коливань зумовлює інерційність системи. Дійсно, пристрій керування починає діяти на об’єкт тільки тоді, коли режим роботи об’єкта зміниться, коли з’явиться різниця між значенням вихідної величина – Uвих(t) та задаючої величини – Uз(t). Тоді пристрій керування виробляє керуючу дію – Uкер(t), яка залежить від різниці сигналів:

Якщо уявити, що об’єктом керування є турбіна гідроелектростанції діаметром понад 10 м і масою декілька десятків тонн, то керування за відхиленням почне діяти тільки тоді, коли в результаті зміни навантаження впаде на помітну величину швидкість обертання турбіни і система керування помітить це зменшення швидкості. Тобто керуюча дія відстає від причини, яка викликає зміну стану об’єкта. Результатом відставання за часом керуючої дії від зміни збурення є можливість появи коливань у системі. Пояснити це можна так: якщо змінилась величина збурення, то система керування починає діяти тільки тоді, коли вихідна величина об’єкта змінить своє значення. Дія системи керування приводить до того, що вихідна величина об’єкта починає змінюватись в протилежний бік. Ця дія буде до того часу, доки відхилення режиму роботи об’єкта не стане протилежним, ніж викликане збуренням. Тоді система керування почне діяти знову до повернення системи в початковий стан, але вже з протилежної величини відхилення. Це аналогічно тому, як у розглянутому прикладі навчання водіїв автомобіля. У результаті під час регулювання в системі виникають коливання вихідної величини. Амплітуда цих коливань з часом може зменшуватись або збільшуватись, залежно від характеристик системи. Тобто даний принцип керування, при всіх своїх добрих характеристиках, може бути причиною виникнення коливань в системі і її нестійкості.

Системи, в яких реалізовано принцип керування за відхиленням, прийнято називати замкнутими системами. У них існує зворотній зв’язок між виходом системи та пристроєм керування.

На противагу системи керування за збуренням називають розімкнутими, оскільки в них відсутній зворотній зв’язок.

Системи, в яких немає подачі ні сигналу збурення на пристрій керування, ні сигналу зворотного зв’язку, є системами ручного керування, вони не відносяться до систем автоматичного керування.

Різноманітність систем автоматичного керування приводить до того, що виникає необхідність їх об’єднати певною системою класів, класифікувати за певними ознаками. Різноманітність ознак САК приводить до того, що існує багато систем їх класифікації. Ми розглянемо найбільш вживані.

І. Класифікація за принципом робота (алгоритмом керування):

До розімкнутих відносять системи, в яких керування здійснюється за збуренням. Прикладом, такої системи може бути автоматизована районна котельня, яка подає гарячу воду в систему теплозабезпечення мікрорайону. Регулювання температури теплоносія в ній може здійснюватись залежно від температури навколишнього середовища.

До замкнутих відносять системи, яких здійснюється керування за відхиленням. Прикладом таких систем є регулятор Уатта, який було розглянуто раніше.

До комбінованих систем керування відносять ряд складних систем, які встановлюють в автомобілях, в гідро - та теплогенераторах, найрізноманітнішій складній техніці. Ці системи мають декілька контурів регулювання. Приклад такої системи показано на рис. 1.11.

ІІ. Класифікація за кількістю контурів регулювання:

Системи з комбінованим керуванням є багатоконтурні САК.

Ш. Класифікація за характером зміни задаючої величини (за призначенням системи, або за алгоритмом керування). У різних підручниках використовується різна назва:

Системи стабілізації - це такі системи, в яких задаюча величина є постійною, а завданням системи керування є забезпечення постійного значення вихідної величини. Прикладом таких систем може бути холодильник, АРУ радіоприймача, генератор електричного струму, регулятор швидкості двигуна і т.п.

Слідкуючі системи - це такі системи, в яких вхідна величина змінюється випадковим чином а завданням системи є забезпечення відповідної зміни вихідної величини. Прикладом таких систем є системи керування зенітним вогнем, ракета типу земля-повітря, торпеди, копіри для розкрою металу, тканини і т.п.

Системи програмного керування - це системи у яких задаюча величина змінюється за відомим наперед законом і завданням системи є забезпечення відповідної зміни вихідної величини. Прикладом таких систем є станки з програмним керування, теплові печі для теплової обробки металів і т. п. У принципі їх робота аналогічна слідкуючим системам, але оскільки закон зміни вхідної величині відомий, то такі САК можуть бути дещо простішими за своєю будовою.

ІV. Класифікація за кількістю вихідних координат системи:

Одномірні системи - це системи, які керують тільки за однією вихідною величиною, наприклад, холодильник, двигун з регулятором швидкості, є одномірними системами.

Багатовимірні системи - це системи, які здійснюють керування за декількома вихідними величинами. Наприклад, САК зенітної ракети здійснює керування як за напрямком руху (азимутом), так і за нахилом до горизонту. САК генератора електростанції виконує керування за частотою та напругою.

Серед багатовимірних САК розрізняють системи зі зв’язаним і з незв’язаним керуванням. САК зенітної ракети має незв’язане керування, оскільки керувати рухом за азимутом може одна системи, а рухом за кутом нахилу до горизонту інша незалежна система. У випадку електричного генератора ситуація дещо складніша, оскільки зміна частоти обертання генератора приводить і до зміни напруги, тому система керування повинна бути дещо складніша, щоб забезпечити потрібну частоту струму при заданій величині напруги. Така система керування є зв’язаною.

V. За характером рівнянь, які описують систему:

Лінійні системи - це системи, які описуються лінійними диференційними рівняннями. Для лінійних систем справедливий принцип суперпозиції. Принцип суперпозиції (накладання) полягає в тому, що реакція системи на суму дій пропорційна сумі реакцій на кожну дію зокрема. Наприклад на рис. 2.6 показано стрілу прогину дошки. Якщо виправдовується правило суперпозиції, то загальна стріла прогину при двох вантажах дорівнює сумі стріл прогину кожного вантажу окремо, і система є лінійною. Принцип суперпозиції може виконуватись в якихось певних межах навантажень. Діапазон, в якому справедливий принцип суперпозиції називають діапазоном лінійності.

Нелінійні системи – це системи, в яких хоча б для однієї ланки не виконується принцип суперпозиції. Такі системи описуються нелінійними диференційними рівняннями. Аналіз їх складніший, ніж лінійних систем. Досить часто вдається звести аналіз нелінійних до аналізу лінійних систем. Методи такого приведення називаються лінеаризацією і будуть розглянуті далі.

Рис. 2.6 – Демонстрація принципу суперпозиції реакції лілійних систем

Системи безперервної дії складаються тільки з ланок, в яких вихідна величина плавно змінюється протягом часу.

Системи дискретної дії мають хоча б один елемент вихідна величина, якого замінюється ступенями, навіть при плавні зміні всіх інших величин. Розрізняють такі дискретні системи:

У системах релейної дії вихідна величина змінюється при деяких граничних значеннях вхідної величини, в системах імпульсної дії – через певні проміжки часу, а в цифрових системах і те, й інше.

VII. За зміною параметрів системи в часі САК поділяють на:

Стаціонарна система - це така система, параметри якої незмінні протягом часу.

Нестаціонарна система має параметри, які змінюються з часом. При математичному описі таких систем деякі коефіцієнти диференційного рівняння динаміки системи є функціями часу.

Реакція стаціонарної системи на одне і те ж збурення не залежить від моменту, коли збурення відбулося. Для нестаціонарних систем реакція системи змінюється з часом.

Статичні системи мають нульову похибку керування тільки в статичному режимі роботи і відмінну від нуля – при роботі в динамічному усталеному режимі.

Астатичні системи мають відмінну від нуля похибку керування в динамічному режимі. Залежно від характеру похибки вони можуть мати астатизм 1-го. 2-го і вищих порядків.

ІХ. Залежно від наявності додаткового джерела енергії:

САК прямої дії не мають додаткових джерел енергії та підсилювачів потужності в системі регулювання.

САК непрямої дії містять підсилювачі потужності і споживають енергію для здійснення керування від зовнішніх джерел.

Х. За способом настройки та реакцією системи на зміну зовнішніх умов:

Адаптивні системи мають властивість пристосовуватись до зміни зовнішніх умов. Такі САУ використовуються для керування об’єктами властивості, чи умови експлуатації яких недостатньо відомі або суттєво непостійні, наприклад, САК апаратами, які спускаються на віддалені планети сонячної системи. Ці системи найбільш досконалі.

Не адаптивні системи здатності пристосовуватись до зміни зовнішніх умов не мають. У них зміна параметрів з метою забезпечення оптимальності процесу регулювання, або відсутня, або її здійснює людина.

Ознаки класифікації систем і класи систем, що відповідають цим ознакам подано в табл. 1.

Контрольні запитання для перевірки засвоєння навчального матеріалу

2. Який режим роботи САК називають установленим?

3. Який режим роботи САК називають перехідним?

4. Які динамічні режими роботи САК ви знаєте?

6. Чому стійкість керування є однією з найважливіших характеристик САК?

7. У яких випадках говорять, що система стійка в малому і нестійка у великому?

9. У чому особливість керування за збуренням?

12. Поясніть як ви розумієте поняття „сигнал”.

13. Чому в ТАК використовують переважно поняття „сигнал” замість поняття „діюча величина”?

14. В яких випадках доцільно використовувати поняття сигнал, а у яких діюча величина?

15. Як ви розумієте поняття стійкість керування?

16. Чи залежить стійкість системи від величини збурення чи зумовлена тільки внутрішніми параметрами системи?

17. Який зв’язок існує між вхідною величиною системи керування та вихідною величиною?

18. Назвіть та зробіть пояснення всіх величин, які використовують для зображення схем автоматичного керування.

20. Що розуміють під поняттям точність регулювання?

21. В яких режимах роботи визначають точність регулювання САК?

22. Нарисуйте в прийнятих умовних позначеннях систему ручного керування.

23. Що розуміють під поняттям „зворотній зв’язок”?

24. Наведіть приклади зворотного зв’язку в природі, техніці, суспільстві?

27. Які недоліки має принцип керування за збуренням?

28. Поясніть принцип керування за відхиленням.

29. Які переваги та недоліки керування за відхиленням?

33. У чому полягає принцип комбінованого керування?

34. Які дані потрібно мати, щоб здійснити керування за збуренням.

36. Які недоліки керування за збуренням усуває керування за відхиленням

37. Яке керування характеризується більшою швидкодією, керування за відхиленням чи керування за збуренням? Поясніть чому це так?

38. Який принцип автоматичного керування раціонально використовувати для забезпечення роботи районної котельні, що опалює район міста? Поясніть ваші міркування.

40. Чому при керуванні за збуренням можуть виникати коливання вихідної величини?

41. Як класифікують САК в залежності від зміни в часі задаючої величини?

44. Які диференційні рівняння називають лінійними?

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: