Принцип управления по отклонению

Если в автоматической системе управляющее воздействие вырабатывается на основе информации об отклонении управляемой величины от требуемого значения, то говорят, что система построена на основе принципа управления по отклонению, или принципа обратной связи. Для реализации этого принципа в управляющем устройстве необходимо осуществлять сравнение действительного значения управляемой величины с требуемым (предписанным) значением и управлять объектом в зависимости от результатов этого сравнения.

Первыми промышленными автоматическими системами, в которых был реализован принцип управления по отклонению, явились автоматический регулятор уровня воды в котле паровой машины, изобретенный И, И. Ползуновым в 1765 г., и центробежный регулятор скорости вращения вала паровой машины Уатта (1784 г.).

Применяя принцип управления по отклонению, можно построить автоматические и полуавтоматические системы с обратной связью, или системы с замкнутыми цепями воздействия. На рис. 3 изображена блок-схема автоматической системы с обратной связью. Управляющее воздействие и в этой системе вырабатывается в зависимости ог значений функции отклонения — функции разности Δх(t) между требуемым Х_в(t) и действительным Х_вых(t) значениями управляемой величины:

и = F(Δ.х)

Связь между отклонением и управляющим воздействием устанавливается некоторым оператором Ж/, характеризующим свойства управляющего устройства. Динамические свойства управляемого объекта можно описать оператором, устанавливающим связь между управляемой величиной и управляющим воздействием.

Таким образом, характерной чертой автоматических систем, построенных на основе принципа управления по отклонению, является наличие обратной связи.

Обратная связь — это такая связь, по которой информация о состоянии управляемого объекта (контрольное воздействие, соответствующее действительному значению управляемой величины) передается с выхода системы на вход управляющего устройства. Обратную связь называют отрицательной, если по ней

передается на вход сравнивающего элемента (сумматора) выходной сигнал с противоположным знаком, так что отклонение Δх(t)= х_вх (t) —х_вЬ1Х(t) (рис. 3).

Рис.3. Система с обратной связью.

В автоматической системе с обратной связью можно осуществлять различные законы изменения управляемой (регулируемой) величины: стабилизацию, программное изменение, слежение. В частности, замкнутые системы, применяемые в вычислительных устройствах, решают задачи копирования, умножения, деления, дифференцирования, интегрирования, воспроизведения сложных функций и т. п.

Принцип управления по отклонению является универсальным и эффективным, поскольку он позволяет управлять неустойчивыми объектами, а также осуществлять требуемый закон изменения управляемой величины с допустимо малым отклонением (ошибкой) Δх независимо от того, какими причинами последнее вызвано. Так, например, влияние возмущающего воздействия f(t) в системе (рис. 3) можно значительно ослабить без непосредственного его измерения благодаря свойствам обратной связи.

Принцип обратной связи характерен не только для технических систем, но и для живых организмов, в частности для человека. Сила звука нашего голоса, скорость и частота протекания нервных импульсов в коре головного мозга, химический обмен веществ внутри тела и пространственное положение его частей, все без исключения мельчайшие и сложнейшие движения происходят по принципу обратной связи.

Преимущества САУ с таким принципом управления:

-Они работают при любых возмущениях, которые вызывают отклонения управляемого параметра от заданного значения;

-Они менее чувствительны к изменению параметров элементов системы;

- В большинстве случаев они более просты чем системы с принципом управления по возмущению;

- Такой принцип управления может быть применен даже для объектов, точные характеристики и параметры которых трудно или невозможно определить.

Недостатки САУ с таким принципом управления:

- Без принятия специальных мер они могут стать неустойчивыми;

- Нет возможности полностью и мгновенно устранить отклонения, так как регулятор воспринимает не причину (возмущения), а следствие возмущения (отклонения), то есть невозможно достичь полной инвариантности.