Принципы автоматического регулирования

Принцип регулирования характеризуется родом информации, которая используется регулятором для выработки регулирующего воздействия. Существует два принципа регулирования.

Первый – по отклонению регулируемой величины, или принцип обратной связи (рис. 1.3). По фамилиям изобретателей, впервые применивших регуляторы, работавшие по этому принципу, он носит также название принципа Ползунова – Уатта.

Логика работы регулятора в этом случае такова. Регулятор воспринимает фактическое значение регулируемой величины и сравнивает его с заданным, которое формируется на основании управляющего воздействия, поступающего на регулятор. Если значение регулируемой величины не такое, как требуется по заданию, то на основании выполненного сравнения регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, которое исправляет регулируемую величину, приводя её к значению, близкому к заданному.

Второй принцип – принцип компенсации возмущений. Идея принципа следующая. Поскольку возмущение является причиной отклонения регулируемой величины, можно, получив информацию о причине ожидаемого отклонения, предотвратить нежелательное следствие, выбрав соответствующее регулирующее воздействие, которое «скомпенсирует» влияние возмущения.

Второй принцип – принцип компенсации возмущений (рис. 1.4). Принцип

Рис. 1.3 – Принцип обратной связи

был предложен французским математиком и механиком Ж.-В. Понселе в 1829 г. Идея принципа следующая. Поскольку возмущение является причиной отклонения регулируемой величины, можно, получив информацию о причине ожидаемого отклонения, предотвратить нежелательное следствие, выбрав соответствующее регулирующее воздействие, которое «скомпенсирует» влияние возмущения. Обратим внимание на то обстоятельство, что регулятор не устраняет возмущение, а только компенсирует вредный эффект от его действия на объект управления. Никакая система не может устранить возмущение. Это действие окружающей среды на нас, и мы можем только бороться с его нежелательными последствиями.

Рис.1.4 Принцип компенсации возмущений.

Перечисленным принципам свойственны определённые достоинства и недостатки, которые заключаются в следующем.

Первый принцип. Его достоинство – универсальность. Неважно, по какой причине изменилась регулируемая величина. Регулятор видит конечный результат – именно саму регулируемую величину – и исправляет её. Недостаток принципа – относительно невысокое быстродействие, которое объясняется наличием у любого объекта (в большей или меньшей степени) инерционных свойств: должно пройти некоторое время от момента действия возмущения до того момента, когда регулируемая величина изменится настолько, что это почувствует регулятор.

Второй принцип. Достоинство – высокое быстродействие. Регулятор не ждёт, пока изменится регулируемая величина. Он реагирует на причину его будущего возможного изменения и сразу принимает контрмеры. Недостаток: в реальных условиях возмущений может быть много, и на каждое должен реагировать регулятор. Поэтому «в чистом виде» этот принцип неприменим.

В некоторых литературных источниках говорится о третьем принципе, который называют комбинированным (рис. 1.5). Принцип основан на том, что регулятор реагирует на одно возмущение, сильнее всего влияющее на объект управления, а отклонения регулируемой величины, вызванные прочими возмущениями, устраняются в соответствии с принципом обратной связи.

Рис.1.5 Комбинация двух принципов.

Следует отметить, что в технике автоматического регулирования подавляющее количество регуляторов выполнено по первому принципу.