2015-10-13
7481
Различают два основных принципа регулирования: регулирование по отклонению (принцип Ползунова (1765)-Уатта (1785) и регулирование по возмущению (принцип Понселе). Рассмотрим эти принципы.
При регулировании по отклонению действительное значение регулируемой величины сравнивается с желаемым значением, и управление формируется в УУ (регуляторе) в зависимости от отклонения (ошибки регулирования 
(рис. 1-3,а). Поскольку в, этом случае производится проверка результатов управления, то системы такого типа получили название замкнутые САР. Как видно из блок-схемы такой системы, в ней имеется цепь обратной связи (о. с.) по которой информация свыхода САР о состоянии ОУ поступает на вход системы для сравнения с информацией о желаемом состоянии. Заметим, что в ряде случаев для улучшения (коррекции свойств САР в ней имеются еще связи типа обратных, которые в отличие от главной (информационной) обратной связи, называют корректирующими. Таким образом, влияние возмущений z на регулируемую величину у компенсируется в замкнутой САР изменением управляющего воздействия и, зависящего от отклонения е.
|
|
|
При регулировании по возмущению управление вырабатывается лишь на основе желаемого изменения регулируемой величины y 0 и в зависимости от возмущения z. (рис. 1-3,б). В этом случае не производится проверка результата управления, и система
Рис 1-3 а —схема регулирования по отклонению, б — схема регулирования по возмущению
является разомкнутой. Компенсация влияния возмущений на регулируемую величину достигается за счет введения в управление составляющей, зависящей от возмущения. Понятно, что эффект от этой составляющей в управлении должен в значительной мере компенсировать эффект от возмущения. Если при этом достигнута полная компенсация действия возмущения, то полученная САР является инвариантной (безразличной) к данному возмущению. Для обеспечения инвариантности необходимо «организовать» в системе второй канал (см. пунктир II на рис. 1-3,6) передачи воздействия от возмущения (принцип двухканальности Б. Н. Петрова (1955) при создании инвариантных САР). Ясно, что для успешного регулирования по этому принципу необходимо контролировать все возмущения, влияющие на регулируемую величину, что не всегда возможно (из-за большого числа возмущений либо из-за отсутствия датчиков некоторых возмущений). Таким образом, регулирование по возмущению имеет ограниченные возможности. Однако оно имеет и одно достоинство: управление по возмущению для инерционных объектов, каковыми является большинство объектов промышленности, является более быстродействующим, чем управление по отклонению. Это понятно: в САР (рис. 1-3,а) для формирования управления необходимо, чтобы на выходе ОУ проявился эффект от возмущения, на что в инерционных объектах требуется значительное время, а в САР (рис. 1-3,б) управление формируется в темпе с действием возмущения. Поэтому в настоящее время стремятся совместить в одной системе оба принципа регулирования. Получающиеся в этом случае комбинированные САР имеют точность замкнутых и быстродействие разомкнутых систем, т. е. являются более высококачественными системами, чем построенные с использованием только одного принципа.
|
|
|
Законы управления, формируемые в УУ (регуляторе), могут иметь следующий вид:
1) 
— пропорциональный закон (П -регулятор);
2) 
— интегральный закон (И -регулятор);
3) 
— дифференциальный закон (Д -регулятор). В чистом виде эти законы в промышленных регуляторах обычно не применяют (особенно по п. 3, поскольку регулирование по производной, предложенное братьями Сименс (1845), неработоспособно). Широко используют следующие законы управления:
4) 
— пропорционально-интегральный закон (ПИ -регулятор);
5) 
— пропорциейально-дифференциальный закон (ПД -регулятор);
6) 
— (ПИД-регулятор).
В общем виде закон (алгоритм) регулирования с учетом возможного воздействия по возмущению имеет вид
(1-1)
Оказывается, что в зависимости от закона управления САР имеет различные свойства. В частности, САР может быть ста тической или астатической по отношению к какому-либо воздействию.
САР называется астатической по отношению к воздействию, если в установившемся состоянии ошибка регулирования отсутствует для любых постоянных значений воздействия. В противном случае она является статической.
Принцип статического и астатического регулирования поясним на примере САР уровня жидкости в резервуаре (рис. 1-4). Уровень регулируется поднятием или опусканием заслонки в питающей магистрали. Система рис. 1-4,а является статической по отношению к воздействию Р -расходу жидкости из резервуара. В самом деле, отрегулируем; систему так, чтобы при номинальном расходе Р 0 уровень жидкости был равен у 0. Если расход увеличится, то для сохранения равновесия необходимо настолько
Рис. 1-4. а — статическая САР; б — статические характеристики, двух типов САР, в — астатическая САР
же увеличить и приток жидкости. Для этого надо приподнять заслонку, что может быть сделано, если поплавок опустится ниже уровня у о. Таким образом, равновесие (установившего состояние) может быть достигнуто лишь при наличие постоянного отклонения е=уо—у. Аналогичное явление возникает и при уменьшении расхода по сравнению с Р 0, но при этом отклонение имеет другой знак (характеристика 1 на рис. 1-4,б). Таким образом, в системе возникает неравномерность регулирования, которую можно оценить относительной величиной статизма
. (1-2)
Постоянное отклонение в указанном режиме САР носит название статической ошибки.
Рассмотрим систему рис. 1-4,в, в которой перемещение поплавка передается на движок потенциометра П со средней точкой. Можно отрегулировать систему так, чтобы при у = у о движок потенциометра находился на средней точке (проще всего регулировку производить при закрытой заслонке и Р=0). В этом случае на реверсивный двигатель РД напряжение не подается и перемещения заслонки не происходит. Легко видеть, что установившееся состояние в системе при любых постоянных расходах 
может быть достигнуто только в том случае, если движок потенциометра находится на средней точке, т. е. при у = у 0 (см. характеристику 2 на рис. 1-4,6). Таким образом, в данной системе отсутствует статическая ошибка, и САР является астатической.
Заметим, что повышение точности в астатической САР по сравнению со статической дается за счет определенного усложнения системы, именно — за счет введения вспомогательного двигателя — серводвигателя. В чем проявляется его действие, с точки зрения закона управления? Примем, что управление и (положение заслонки) равно нулю при у = у 0. Тогда для статической системы (рис. 1-4,а) можно написать
|
|
|
, где 
,
а для астатической системы (рис. 1-4, в)
,
где Θ, Ω — угол и скорость поворота вала РД (угловое перемещение преобразуется в линейное и посредством червячного механизма с зубчатой рейкой). Если для простоты принять, что 
(на самом деле связь между скоростью и напряжением на двигателе не является мгновенной и дается дифференциальным уравнением — см. § 3-2), то
.
Таким образом, в статической САР (рис. 1-4,а) используется пропорциональный закон управления, а в астатической (рис. 1-4,в) — интегральный. Эта закономерность может быть сформулирована следующим образом: для получения астатизма необходимо вводить в закон регулирования интегральную составляющую.
