Принцип управления по отклонению

 

Принцип обратной связи (принцип управления по отклонению) называют принципом Ползунова-Уатта в честь создателей первых промышленных регуляторов, построенных по этому принципу. Основная задача автоматического регулирования сводится к обеспечению равенства у (t) = g (t). Большинство САУ решают эту задачу, используя принцип регулирования по отклонению. Функциональная схема такой САУ показана на рис. 2.8.

Суть принципа регулирования по отклонению заключается в следующем. Регулируемая величина у (t) измеряется с помощью чувствительного элемента (ЧЭ) и в виде сигнала обратной связи у _ос(t) поступает на сравнивающее устройство (СУ). На это же сравнивающее устройство от задающего устройства (ЗУ) поступает сигнал задающего воздействия g (t). На выходе СУформируется сигнал, равный отклонению регулируемой величины от заданной, т. е. ошибка рассогласования x (t) = g (t) – у _ос(t) (сравниваемые величины должны иметь одну физическую природу). Этот сигнал поступает на устройство управления (УУ), которое формирует управляющее воздействие u (t) на объект управления (ОУ). Сигнал ошибки рассогласования обычно мал для дальнейшего преобразования, поэтому перед УУ может располагаться усилитель. Управляющее воздействие будет изменяться до тех пор, пока регулируемая величина у (t) не станет равна заданной g (t). На объект управления постоянно влияют различные возмущающие воздействия f (t): нагрузка на объект, внешние факторы и др. Эти возмущающие воздействия стремятся изменить величину у (t), но САУ постоянно определяет отклонение у (t)от g (t)и формирует управляющий сигнал, стремящийся свести это отклонение к нулю.

Рис. 2.8. Функциональная схема системы управления по отклонению

 

Системы, построенные по такому принципу, называют еще и системами управления по ошибке.

Если система идеальна, то x (t) = 0. Для реальных систем x (t) не равно 0, и речь может идти только об уменьшении ошибки.

Достоинствами принципа являются:

– управляющая воздействия формируется независимо от того, какая причина вызвала отклонение управляемой величины;

– возможность осуществлять управление объектом в условиях некоторой неопределенности.

Недостатками принципа являются:

– относительно низкое быстродействие, которое объясняется тем, что компенсация системой действия возмущений начинается только тогда, когда эти возмущения приводят к изменению управляемой величины;

– наличие ошибки управления в переходном процессе;

– из-за наличия замкнутой цепи в таких системах могут возникать колебания, которые в ряде случаев делают их неработоспособными.

В качестве сравнивающих устройств применяют компараторы и дифференциальные усилители (сравнение постоянных напряжений, результат – напряжение), пружины (сравнение сил, результат – деформация пружины), мостовые схемы (сравнение сопротивлений, результат – напряжение в измерительной диагонали моста), зубчатые дифференциалы (сравнение углов поворота, результат – угол поворота), сельсины и вращающиеся трансформаторы (сравнение углов поворота, результат – напряжение). Некоторые величины, например постоянные напряжения, можно сравнивать непосредственно, подав их навстречу друг другу (для напряжений – включив в противоположной полярности).

По принципу обратной связи строятся практически все системы автоматического регулирования (САР). Типовая схема САР показана на рис. 2.9.

 

Рис. 2.9 – САР

 

Основными элементами САР являются ЗУ, СУ, ЧЭ (рассмотрены ранее), исполнительное устройство ИУ, предназначенное для непосредственного воздействия на регулирующий орган объекта регулирования. Кроме того, в любом месте системы могут располагаться преобразовательные элементы ПЭ, предназначенные для преобразования физической природы или уровня сигнала. По сути дела, ЧЭ и ИУ также являются преобразовательными элементами, расположенными в определенных местах системы – перед объектом и в начале цепи обратной связи. Один из типовых преобразовательных элементов – усилитель У, располагаемый после сравнивающего устройства, так как сигнал ошибки рассогласования обычно невелик и требует усиления.

Рассмотрим пример САР.

 

 

Рис. 2.10. САУ (САР) температурой в камере по отклонению

 

Функциональная схема САР показана на рис. 2.11.

 

Рис. 2.11. Функциональная схема САР

 

Рассмотрим пример САР частоты вращения ротора электродвигателя постоянного тока.

В систему, рассмотренную в качестве примера реализации принципа разомкнутого управления, вводится обратная связь. Частота вращения измеряется с помощью тахогенератора ТГ (рис. 2.12, а) и преобразуется в сигнал обратной связи U _тг, который сравнивается с задающим напряжением U _з. Результатом сравнения является напряжение рассогласования Δ U = U _з – U _тг. Операция сравнения напряжений в данном случае производится без сравнивающего устройства путем включения напряжений в требуемой полярности «встречно» друг другу.

 

а)

 

б)

Рис. 2.12. Принципиальная (а) и функциональная (б) схемы САР частоты вращения ротора электродвигателя постоянного тока