Управление по задающему воздействию

В системе управления по задающему воздействию (рис. 4, а) используется информация только о цели управления (или о заданном значении параметра, если речь идет о системах регулирования). Для такой системы характерна разомкнутая цепь воздействий, т. е. управляющее устройство оказывает воздействие на объект управления, но обратное воздействие отсутствует (рис. 5, а). В связи с этим систему, реализующую принцип управления по задающему воздействию, называют разомкнутой системой управления.

Достоинством управления по задающему воздействию является простота конструктивной реализации. Однако качественное управление на основе этого принципа возможно только тогда, когда объект управления хорошо изучен и его свойства, а также возмущающие воздействия остаются постоянными.

Рис. 4. Структурные схемы систем автоматического управления:

а — управление по задающему воздействию; б — управление по возмущающему воздействию; в — управление по отклонению; г — комбинированное управление (ОУ — объект управления; УУ — управляющее устройство)

Рис. 5. Управление:

а — без обратной связи; 6 — с обратной связью (ПС — прямая связь; ОС — обратная связь)

Управление по возмущающему воздействию

В системе управления по возмущающему воздействию (см. рис. 4, б) кроме информации о цели управления используется информация о возмущающих воздействиях. Одна из задач управляющего устройства при этом заключается в формировании такого управляющего воздействия, которое компенсировало бы влияние на объект управления измеренного возмущающего воздействия. Поэтому принцип управления по возмущающему воздействию называют также принципом компенсации.

Что характерно для управления по возмущающему воздействию?

1. Это разомкнутое управление (управление без обратной связи), что означает отсутствие информации об управляемом параметре (температуре реакционной смеси в реакторе).

2. Необходимо точно и верно выбрать канал, по которому может проявиться главное возмущающее воздействие.

3. Этот принцип нельзя использовать в системах управления нейтральными и неустойчивыми объектами.

Достоинства такого принципа управления:

а) быстродействие, так как возмущающее воздействие может быть скомпенсировано до появления рассогласования между текущим значением регулируемого параметра и его заданным значением;

б) возможность (теоретическая) полной компенсации выбранного возмущающего воздействия;

в) отсутствие проблем, связанных с устойчивостью.

Недостатки:

а) учитываются не все возмущающие воздействия, а только одно, тем самым не обеспечивается высокая точность управления (особенно это проявляется при наличии неконтролируемых возмущающих воздействий);

б) не контролируется результат управляющего воздействия;

в) необходима надежная информация о функциональной взаимосвязи между расходом, степенью открытия клапана и регулируемого параметра, которая, как правило, не линейна, не всегда точно известна и может изменяться в процессе функционирования аппарата.

Управление по отклонению

В системе управления по отклонению используется информация о цели управления и отклонении текущего значения управляемого параметра от заданного значения (см. рис. 4, в).

Замечание

Принцип управления по отклонению иногда называют принципом Ползунова—Уатта, а принцип управления по возмущающему воздействию — принципом Понселе.

Управление по отклонению осуществляется на основе информации о состоянии объекта управления. Взаимодействие между ОУ и УУ осуществляется как по цепи прямой связи — от УУ к ОУ, так и по цепи обратной связи — от ОУ к УУ (см. рис. 5, б). Информация при этом передается по замкнутому контуру (контуру регулирования), поэтому управление по отклонению называют замкнутым или управлением с обратной связью. Наличие обратной связи приводит к созданию своеобразной системы управления, по сути своей представляющей фильтр, который должен точно передавать управляющее воздействие (подчиняться в основном управляющему воздействию) и подавлять возмущающие воздействия.

Системы управления с обратной связью более широко применяются в химической технологии, чем системы управления по возмущающему воздействию, поэтому основное внимание в дальнейшем будет уделено именно первым.

Упрощенная структурная схема такой системы с обозначением основных сигналов приведена на рис. 8. Прямоугольниками обозначены элементы системы, а стрелками — входные и выходные величины (или входы и выходы).

Рис. 2.8. Упрощенная структурная схема системы управления с обратной связью

Выходной величиной объекта и всей системы регулирования является управляемая (или регулируемая) величина , зависящая от управляющего воздействия и возмущающего воздействия

Одним из входов системы регулирования является задающее воздействие , соответствующее желаемому значению регулируемого параметра.

Другим входом системы регулирования является возмущающее воздействие . Под возмущающим воздействием можно понимать такое воздействие, которое пытается вывести объект из желаемого (заданного) состояния. Измененияуправляемых (регулируемых) параметров в объекте управления вызываются как управляющими воздействиями, так и возмущающими воздействиями.

Возмущающие воздействия, приложенные к системе, вызывают отличие между заданным и действительным значениями управляемой величины. Разность между заданным и действительным значением управляемой (регулируемой) величины называют ошибкой регулирования (погрешностью регулирования):

Как правило, задача регулирования непрерывных ХТП заключается в определении такого значения управляющей переменной, которое обеспечивает равновесие между всеми переменными, влияющими на регулируемую величину, и поддерживает заданное значение последней.

В системах с обратной связью управляющее воздействие рассчитывают в зависимости от рассогласования между действительным и заданным значениями управляемой переменной, т. е. входной величиной управляющего устройства является ошибка регулирования.

Что характерно для способа управления по отклонению?

Обратная связь в замкнутой системе управления должна быть отрицательной: в ответ на повышение температуры реакционной смеси в реакторе управляющее устройство должно увеличить расход хладагента, что приведет к уменьшению температуры. Однако в системе управления может возникнуть и положительная обратная связь: при повышении температуры в реакторе управляющее устройство будет уменьшать расход хладагента и тем самым еще больше повышать температуру в реакторе. Одной из причин возникновения положительной обратной связи может быть техническая ошибка при создании системы управления (например, неправильная коммутация линий связи). Другой причиной является запаздывание в контуре управления. В результате управляющее воздействие, сформированное в ответ на низкую температуру в реакторе некоторое время назад и направленное на повышение температуры, может начать проявляться в тот момент, когда температура в реакторе уже будет повышена за счет возмущающих воздействий.

Достоинства способа управления по отклонению (с обратной связью):

а) учитываются все возмущающие воздействия, оказывающие влияние на управляемый параметр (температуру реакционной смеси в реакторе);

б) требуется минимум информации о процессе (в данном случае информация только о температуре реакционной смеси в реакторе).

Недостатки:

а) управление по отклонению осуществляется методом проб и ошибок;

б) в системе управления по отклонению присутствует запаздывание, поскольку учитываются все возмущающие воздействия (по всем каналам изменения расходов компонентов, продукта, изменения температуры окружающей среды и т. д. ). Управление по отклонению инерционными объектами затруднено из-за отсутствия быстродействия;

в) при определенном сочетании свойств ОУ и УУ система управления с обратной связью может стать неустойчивой.

Комбинированное управление

Для комбинированных систем управления характерно использование информации о возмущающем воздействии, задающем воздействии и управляемом параметре (см. рис. 4, г).

Комбинированные системы управления имеют более высокое качество управления, чем системы, работающие по отклонению, поскольку информация о значении возмущающего воздействия позволяет устройству управления работать с некоторым предвидением, т. е. компенсировать основное внешнее возмущающее воздействие, вызывающее нарушение номинального режима, раньше, чем появится достаточно большое отклонение текущего значения параметра (температуры) от заданного. Комбинированная система управления обладает точностью и быстродействием.