Классификация систем управления по принципам построения.

Классификация автоматических систем управления может быть осуществлена по различным принципам и признакам, характери­зующим назначение и конструкцию систем, вид применяемой энер­гии, используемые алгоритмы управления и функционирования и т. д.

В зависимости от конфигурации цепи воздействий различают три вида систем управления:

- с ра­зомкнутой цепью воздействий;

- с замкнутой цепью;

- комбиниро­ванные.

В автоматической системе управления с разомкнутой цепью воздействий (кратко — разомкнутая система) входными воздейст­виями управляющего устройства являются только внешние (за­дающие и возмущающие) воздействия, т. е. в них не осуществляется контроль управляемой величины.

Разомкнутые системыможно разделить в свою очередь на два класса: системы, осуществляющие управление в соответствии с из­менением только задающего воздействия (рисунок 2), и системы, управляющие при изменении возмущения (рисунок 3).

Системы первого типа работают с достаточной эффективностью лишь при условии, если влияние возмущений на управляемую ве­личину невелико и все элементы разомкнутой цепи обладают до­статочно стабильными характеристиками.

В системах управления по возмущению (рисунок 3) управляю­щее воздействие зависит от возмущающего и задающего воздейст­вий.

В большинстве случаев разомкнутые системы управления по возмущению выполняют функции стабилизации управляемой ве­личины.

Преимуществом разомкнутых систем управления по возмуще­нию является их быстродействие: они компенсируют влияние возмущения еще до того, как оно проявится на выходе объекта. Но применимы эти системы лишь в том случае, если на управляемую величину дей­ствуют одно или два возмущения и есть возможность измерения этих возмущений. Сравнительно легко можно измерять, например, температуру, расход руды, пульпы, воды, ток нагрузки на генера­тор. Поэтому если эти величины действуют на объект как возму­щения, то обычно стремятся стабилизировать их при помощи до­полнительной системы или ввести в основную систему управления данным объектом сигнал, пропорциональный такому воздействию.

В автоматической системе с замкнутой цепью воздействий, (кратко — замкнутая система, или система с обратной связью, или система, замкнутая по отклонению) на вход управляющего устройства поступают как внутреннее (кон­трольное) воздействие, так и внешнее (задающее). Обобщенная функциональная структура замкнутой системы изображена на рисунке 4.

Управляющее воздействие в замкнутой системе по отклонению формируется в зависимости от величины и знака откло­нения истинного значения управляемой величины от ее заданного значения:

где ε(t) — сигнал ошибки (называемый также сиг­налом рассогласования или отклонения). Замкнутые системы называют часто си­стемами регулирования по отклонению.

В замкнутой системе контролируется непосредственно управ­ляемая величина и тем самым при выработке управляющих воз­действий учитывается действие всех возмущений, влияющих на управляемую величину. В этом заключается преимущество замкну­тых систем. Но из-за наличия замкнутой цепи воздействий в этих системах могут возникать колебания, которые в некоторых случаях делают систему неработоспособной. Кроме того, сам принцип дейст­вия замкнутых систем (принцип управления по отклонению) допус­кает нежелательные изменения управляемой величины: вначале воз­мущение должно проявиться на выходе, система «почувствует» отклонение и лишь потом выработает управляющие воздействия, направленные на устранение отклонения. Такая «медлительность» снижает эффективность управления. Несмотря на наличие опреде­ленных недостатков, этот принцип широко применяют при созда­нии автоматических систем.

Итак: замкнутые системы по сравнению с разомкнутыми обеспечивают большую точность, но при этом в процессе регулирования теряется быстродействие и запас устойчивости.

В комбинированных системах (рисунок 5) создают три цепи воздействий — по заданию, отклонению и по возмущению. Такие системы находят применение при наличии одного преобладающего возмущения и высоком требовании к процессу регулирования.

Цепь воздействия по возмущению реагирует на выбранное максимальное возмущение, что обеспечивает высокие быстродействие и запас устойчивости. Цепь воздействия по отклонению реагирует на неучтенные возмущения и обеспечивает высокую точность, при этом существенно не снижая быстродействие и запас устойчивости.

В зависимости от способа выработки управляющих воздействий замкнутые системы разделяются на поисковые и беспоисковые.

В беспоисковых системах управляющие воздействия вырабаты­ваются в результате сравнения истинного значения управляемой величины с ее заданным значением. Такие системы применяют для управления сравнительно несложными объектами, характеристики которых достаточно хорошо изучены и для которых заранее из­вестно, в каком направлении и на сколько нужно изменить управ­ляющее воздействие при определенном отклонении управляемой величины от заданного значения.

В поисковой системе основные управляющие воздействия фор­мируются с помощью пробных управляющих воздействий и путем анализа результатов пробных воздействий. Такую процедуру по­иска правильных управляющих воздействий приходится применять в тех случаях, когда характеристики объекта меняются или из­вестны не полностью; например, известен тип зависимости управ­ляемой величины от управляющего воздействия, но неизвестны числовые значения параметров этой зависимости. Поэтому поиско­вые системы называют также системами с неполной информацией.

Наиболее часто принцип автоматического поиска применяют для управления объектами, характеристики которых имеют экстре­мальный характер. Целью управления является отыскание и под­держание управляющих воздействий, соответствующих экстремаль­ному значению управляемой величины. Такие системы поиска на­зывают экстремальными системами.

Особый класс систем управления образуют системы, которые способны автоматически приспосабливаться к изменению внешних условий и свойств объекта, обеспечивая при этом необходимое ка­чество управления путем изменения структуры и параметров уп­равляющего устройства. Они называются адаптивными или само­приспособляющимися системами. В составе адаптивной системы управления имеется дополнительное автоматическое устройство, которое меняет алгоритм управления основного управляющего устройства таким образом, чтобы автоматическая система в целом осуществляла заданный алгоритм функционирования. Алгоритм функционирования адаптивной системы предписывает обычно мак­симизацию показателя качества, который характеризует либо свойства процесса управления в автоматической системе в целом (быстродействие, точность и т. д.), либо свойства процессов, проте­кающих в управляемом объекте (производительность, извлечение полезного компонента и т. д.).

Содержание лабораторной работы