Что такое обратная связь в сау

Что такое обратная связь в сау

Автоматические системы управления в основном состоят из эле­ментов направленного действия, значение выходной величины кото­рых зависит только от значений входной. Так, элементами напра­вленного действия являются датчики. Например, положение поплавка (датчика уровня жидкости) определяется только уровнем жидкости, но сам уровень не зависит от положения поплавка, если последний не введен в замкнутую систему управления.

Процесс передачи воздействия от одного из последующих элемен­тов АСУ на какой-либо предыдущий элемент направленного действия, называют обратной связью. В АСУ с обратной связью изменение одной величины вызывает изменение и всех других, в том числе и той самой величины, которая вызвала первоначальные изменения.

По тому, как сказывается действие обратной связи на АСУ, различают отрицательную и положительную об­ратные связи. Отрицательная обратная связь уменьшает, а положи­тельная увеличивает суммарное воздействие звеньев АСУ, охвачен­ных обратной связью.

Для стабилизации систем или для создания в них более легких режимов переходных процессов в корректирующих устройствах используются обратные связи, которые в этом случае разделяют на жесткие и гибкие. Поясним эти понятия на примере упра­вления температурой теплоносителя шахтной зерносушилки (рис. 5, а). Требуемая температура теплоносителя поддерживается здесь при помощи заслонки 2, которая, поворачиваясь, изменяет соотношение притоков горячего воздуха Qt, поступающего из топки, и холодного Q±, забираемого из атмосферы. Температуру теплоноси­теля измеряет термодатчик 1, включенный в одно из плеч измери­тельного моста. Заданное значение управляемой температуры 6Э устанавливают, перемещая ползунок резистора-задатчика RB. По­скольку сигнал выхода с измерительного моста маломощен, для управления реверсивным электродвигателем 3 используется уси­литель 4.

Когда температура теплоносителя в некоторый момент времени отклоняется от заданной, на выходе моста появляется сигнал раз­баланса, который, пройдя через усилитель 4, включает двигатель 3, перемещающий заслонку 2 в ту или иную сторону в зависимости от знака отклонения.

Вследствие инерционности термодатчика 1 и его удаленности от заслонки 2 процесс управления может продолжаться бесконечно, то есть новый равновесный режим в системе не установится (кривая 1 на рис. 6). Действительно, когда заслонка придет в новое рав­новесное положение, температура термодатчика еще отличается от заданной и регулятор будет продолжать дальше передвигать за­слонку. Следовательно, через некоторое время температура тепло­носителя в месте установки термодатчика сравняется с заданной, а затем получит отклонение обратного знака. Иными сло­вами, в системе возникают периодические колебания, называемые автоколебаниями. Автоколебания управляемой величины (температуры) в данной системе возни­кают вследствие того, что остановка дви­гателя происходит не в момент достиже­ния заслонкой требуемого положения, а с определенным запаздыванием.

Для устранения автоколебаний или уменьшения их амплитуды применяется жесткая обратная связь, которая позво­ляет остановить двигатель до того, как температура достигнет заданного значения, поскольку после пре­кращения перемещения заслонки температура объекта и термодат­чика приближается к заданному значению.

Рис. 5. Схемы регулирования температуры теплоносителя шахтной зерносушилки:

а — статическим регулятором с жесткой обратной связью; б — астатическим регулятором гибкой обратной связью.

Рис. 6. Графики переход­ных процессов для регуля­торов без обратной связи (1), с жесткой обратной связью (2), с гибкой обрат­ной связью (3).

Жесткая обратная связь осуществляется при помощи резистора Ro переменного сопротивления, ползунок которого имеет жесткую ме­ханическую связь с ротором электродвигателя. 3 и перемещается одновременно с ним. Очевидно, что равновесие в системе наступит в тот момент, когда приращение сопротивления Rc, возникающее вследствие передвижения ползунка, и приращение сопротивления Rt, вызванное изменением температуры теплоносителя, станут равны друг другу (ΔRс =ΔRt). Таким образом, электродвигатель 3 в дан­ной системе останавливается несколько раньше, чем в системе без обратной связи. Благодаря этому отклонения в системе будут умень­шаться и переходный процесс полностью прекратится в тот момент, когда отклонение температуры станет меньше зоны нечувствитель­ности регулятора. Следовательно, новый равновесный режим устанав­ливается при наличии отклонения регулируемой величины θ от задан­ной θз, то есть жесткая обратная связь позволяет получить статическую характеристику управления, аналогичную изображенной на ри­сунке 2, а.

Для получения изодромной характеристики управления следует использовать гибкую обратную связь, выполненную при помощи специального изодромного устройства (рис. 5, б), в состав которого в данном случае входят масляный катаракт 6 с вентилем 7, поршень 8 и пружина 5.

Сущность гибкой обратной связи заключается в том, что она действует только во время переходного процесса и полностью устра­няется в установившемся режиме. Например, при понижении тем­пературы теплоносителя сопротивление терморезистора Rt возра­стает, вследствие этого мост разбалансируется и происходит переме­щение заслонки 2 по часовой стрелке, а ползунка резистора Rc — вверх. Таким образом, на начальном этапе управления изодромное устройство, как и жесткая обратная связь, способствует затуханию колебаний. В конце процесса управления пружина 5 передвигает ползунок в первоначальное положение, измерительный мост возвра­щается в состояние равновесия, что будет соответствовать достиже­нию заданного значения температуры. Время переходного процесса управления определяется параметрами системы и временем движения масла изодромного устройства из одной полости катаракта 6 в дру­гую через вентиль 7.

Следовательно, гибкая обратная связь в АСУ обеспечивает аста­тическую характеристику управления, аналогичную изображенной на рисунке 2, б.

Для ознакомления с основными видами САУ и соответствующей терминологией рассмотрим классификацию систем по ряду существенных с позиции теории автоматического управления признаков.

В общем виде САУ с одной выходной координатой, одним задающим и одним возмущающим воздействиями представлена на рис. 1.1, на котором обозначено: ОУ — объект управления; УУ — управляющее устройство (регулятор); У — выходная величина, характеризующая состояние объекта; X — регулирующее воздействие; в — задающее воздействие; Р — возмущающее воздействие.

На вход УУ, помимо задающего воздействия, поступает информация о возмущающем воздействии и о текущем реальном значении выходной величины. В соответствии с этим УУ полученную информацию преобразует и формирует регулирующее воздействие.

В частных случаях САУ могут иметь не все представленные связи.

В зависимости от наличия связей, внутреннего содержания УУ и ОУ, характера воздействий и назначения САУ последние можно классифицировать по следующим признакам.

По принципу управлении различают разомкнутые, замкнутые и комбинированные САУ.

В разомкнутых САУ выходная величина объекта не измеряется, т. е. нет контроля за состоянием объекта. Разомкнутыми они называются потому, что в них отсутствует связь между выходом объекта и входом управляющего устройства.

Возможны варианты, в которых УУ измеряет только задающее воздействие й либо задающее и возмущающее воздействие I 7 . В первом варианте принято говорить, что управление осуществляется по задающему воздействию, во втором — по возмущающему.

При реализации управления по задающему воздействию команды в путем изменения X приводят к соответствующим изменениям выходной величины У. Точность соответствия У и в определяется стабильностью параметров УУ и ОУ, а также величиной возмущения.

В САУ с управлением по возмущающему воздействию (такие САУ называют еще системами, реализующими принцип управления по возмущению) регулирующее воздействие X формируется таким, чтобы скомпенсировать отклонение выходной величины У, вызванное измеряемым возмущением Т. Для повышения точности необходимо учитывать все возможные возмущения. Практически большинство возмущений трудно измерить и преобразовать в нужный тип сигнала. Кроме того, измерение нескольких возмущений усложняет схему САУ.

Читайте также:  Наклейка зеркальной пленки на стекло

В замкнутых САУ на вход УУ подаются задающее воздействие в и выходная величина объекта У. Исходя из величины в, управляющее устройство определяет соответствующее требуемое значение Уг и, имея информацию о текущем значении У, обеспечивает необходимое соответствие между У и С путем воздействия на объект. В такой САУ управляющее устройство стремится ликвидировать все отклонения У от предписанного У1 независимо от причин, вызывающих эти отклонения, включая любые возмущения и внутренние помехи.

Системы такого типа представляют собой замкнутый контур, образованный ОУ и УУ. Управляющее устройство создает обратную связь вокруг объекта, связывая его выход со входом. Замкнутые САУ называют поэтому еще системами с обратной связью или системами, реализующими принцип управления по отклонению. Именно системы с обратной связью представляют основной тип САУ.

При использовании в одной системе принципов управления по отклонению и по возмущению получают комбинированную САУ. В этом случае повышается качество управления, так как увеличивается информация о состоянии объекта и внешней среды.

Проиллюстрируем (на качественном уровне, без количественной оценки) преимущества замкнутой САУ над разомкнутой по задающему воздействию на примере генератора постоянного тока, управляемого по цепи возбуждения. Схема разомкнутой системы приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Электрическая схема разомкнутой САУ

Предположим, что обеспечено вращение вала генератора Г с неизменной угловой скоростью со, генератор работает на линейном участке кривой намагничивания, функциональный усилитель У обеспечивает линейную зависимость тока возбуждения 1В от задающего напряжения U 3.

Управлять выходной величиной— напряжением U. прикладываемым к сопротивлению нагрузки Rn, можно, изменяя величину U3 путем передвижения движка потенциометра R.

В качестве возмущающего воздействия рассмотрим изменение величины нагрузки, т. е. тока I.

По второму закону Кирхгофа

где Е — э. д. с. генератора, гви — внутреннее сопротивление генератора.

Если ток нагрузки изменяется от 0 до какого-то максимального значения 1нтах, то изменение выходного напряжения AU„

при этом составит величину (при условии, что U3 = const)

Если мощность генератора соответствует мощности нагрузки, то гви относительно Я„ составляет величину, которой нельзя пренебречь, в результате А(7„ относительно Е является величиной существенной, т. е. изменение нагрузки при неизменном задающем воздействии значительно влияет на выходное напряжение.

Замкнем обратную связь, т. е. подадим часть выходного напряжения, снимаемого с резистора Я3 делителя напряжения на резисторах Я2 и К3 и обозначенного 1/ос, на вход усилителя У, как показано на рис. 1.3. Причем полярность напряжений должна быть такой, как показано на рис. 1.3 без скобок.

Рис. 1.3. Электрическая схема замкнутой САУ

Пусть эта схема находится в каком-то исходном установившемся состоянии, при котором U3 = const* О, AU =(73 -Uoc ф 0, Rn = const, IH = const, UH = const.

Предположим, что в схеме произошло возмущение — скачком увеличилось сопротивление нагрузки и, следовательно, уменьшился ток Как схема отреагирует на это возмущение?

Вначале напряжение U,, увеличится, так как уменьшится падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора. Следовательно, увеличится Uoc, уменьшится AU (U3 осталось неизменным), пропорционально уменьшится 1и, уменьшится Е, уменьшится и выходное напряжение U н. Указанные процессы будут происходить не мгновенно, а за какое-то конечное время, по истечении которого выходное напряжение с какой-то точностью вернется к исходному значению. Если бы произошло не уменьшение, а увеличение тока нагрузки, то все величины изменялись бы в противоположную сторону.

В рассмотренной схеме изменение тока нагрузки (возмущающего воздействия) уже не приводит к значительному изменению выходного напряжения.

Но рассмотрим еще один аспект: как бы работала схема, если бы генератор подключили с противоположной полярностью (указана на рис. 1.3 в скобках).

При увеличении и уменьшении 1„ вначале [/„ увеличится, как и в предыдущем случае. Увеличится и 1/ос, но теперь А11

изос, таким образом увеличится А(7, увеличатся 1В и Е, следовательно, еще больше увеличится [/„. Таким образом, вызванное на начальном этапе после возмущения увеличение и„ приводит к увеличению А1/, которое в свою очередь увеличивает и„ и т. д. Схема стала неработоспособной (в первом случае обратная связь была отрицательной, во втором — положительной).

Одна из задач теории автоматического управления — дать точную количественную оценку всем рассмотренным в настоящем примере явлениям.

По идеализации математического описании УУ и ОУ

различают линейные и нелинейные САУ.

Линейной называется система, которая описывается только линейными уравнениями. Чтобы система была нелинейной, достаточно иметь в ее составе хотя бы одно нелинейное звено, описываемое нелинейными уравнениями.

Для линейных САУ применим принцип суперпозиции: реакция системы на любую комбинацию внешних воздействий равна сумме реакций на каждое из этих воздействий, поданных на систему порознь.

Необходимо отметить, что реальные линейные системы являются таковыми лишь в определенном диапазоне изменения воздействий. Если не ограничивать диапазон изменения воздействий, то любая САУ становится нелинейной.

По характеру сигналов в УУ различают системы непрерывного, дискретного действия и САУ с гармоническим модулированным сигналом.

Непрерывная система состоит из звеньев, выходная величина которых изменяется плавно (без скачков) при плавном изменении входного воздействия. Дискретная САУ должна содержать хотя бы одно звено дискретного действия, т. е. звено, в котором сигнал имеет прерывистый характер при плавном изменении входной величины. САУ с гармоническим модулированным сигналом содержит элементы, в которых входной и выходной величиной является переменное напряжение (или ток) частоты со. называемой несущей частотой. При подаче на вход этого элемента напряжение (или ток) модулируется, т. е. его амплитуда и фаза изменяются соответственно величине и знаку подаваемого воздействия.

По характеру параметров различают стационарные, нестационарные системы и САУ с распределенными параметрами.

Стационарной называется система, все параметры которой не изменяются во времени. Нестационарная система — это система с переменными во времени параметрами. При математическом описании такой системы некоторые коэффициенты являются функциями времени. В САУ с распределенными параметрами процессы описываются уравнениями в частных производных.

По количеству регулируемых величин различают одномерные и многомерные САУ.

В одномерных системах регулируется только одна величина. Если регулируемых величин две и более, то САУ — многомерная.

Пример одномерной системы — источник питания постоянного тока (выходная координата одна — среднее значение напряжения), двухмерной — источник питания переменного тока (выходных координат две — частота и эффективное значение напряжения), трехмерной — радиолокационная станция слежения за летательными аппаратами (выходных координат три — дальность, угол места, азимут).

По цели управления различают системы стабилизации, программного управления и следящие.

Системы стабилизации характеризуются неизменностью задающего воздействия. Задача таких систем — поддержание с допустимой ошибкой выходной величины при наличии возмущающих воздействий.

Читайте также:  Что приготовить на дачу из еды

Системы программного управления отличаются тем, что задающее воздействие изменяется по заранее установленному закону.

В следящих системах задающее воздействие также является величиной переменной, но заранее закон его изменения неизвестен. Источником сигнала является внешнее явление.

Таким образом, для систем стабилизации G= const, для следящих систем и систем программного управления G =var, причем в САУ с программным управлением задающее воздействие — детерминированная величина, а в следящих системах — случайная.

Помимо рассмотренных, системы могут быть оптимальными и неоптимальными (обыкновенными).

В оптимальных системах должно обеспечиваться оптимальное значение какого-либо из параметров функционирования. Но так как связь между отдельными параметрами обычно противоречивая, то на остальные параметры накладывается ограничение (значение их должно быть не хуже заданного уровня). В обыкновенных системах указанная задача оптимизации не ставится.

В завершение вводного раздела введем понятие функциональной схемы (не путать со схемой электрической функциональной!), принятое в теории автоматического управления. При составлении функциональной схемы система разбивается на такие устройства, каждое из которых несет законченное функциональное назначение (при этом сложность каждого из таких устройств значения не имеет). Выделенные таким образом устройства на функциональной схеме соединяются линиями связи с указанием направления распространения сигналов.

Какими бы ни были системы автоматического управления (хотя бы в соответствии с представленной здесь классификацией, физическим принципом действия, областью применения и т. д.), они в целом имеют одну и ту же функциональную схему, но только некоторые элементы могут отсутствовать или, наоборот, повторяться. Такая обобщенная функциональная схема представлена на рис. 1.4. Здесь обозначено:

  • 1 — задающее устройство, формирующее задающее воздействие в;
  • 2 — сумматор (сектор круга зачерняется, если подходящий к нему сигнал имеет знак «минус», например реализуется отрицательная обратная связь);
  • 3 — последовательное корректирующее устройство;
  • 4 — усилитель;
  • 5 — исполнительный элемент;
  • 6 — объект управления;
  • 7 — местная обратная связь (параллельное корректирующее устройство);
  • 8 — главная обратная связь.

Рис. 1.4. Пример функциональной схемы САУ

Рассмотрим структуру управления без обратной связи, показанную на рис. 1.1, чтобы понять, почему такие структуры не применяются.

Объектом управления может быть любой элемент или узел, выходная величина которого 7(f) зависит от входной величины U(t). Если такой зависимости нет, объектом управлять нельзя. Если зависимость строго детерминирована и выходной сигнал зависит лишь от входного сигнала, то управление таким объектом не входит в круг решаемых задач, поскольку они полностью описываются своими входными сигналами, как обычное периферийное устройство, например шаговый двигатель. В круг решаемых задач входит управление объектами, которые действуют в реальной среде и ощущают воздействие этой среды. Наряду с тем фактом, что управляющий сигнал влияет не выходную величину (обобщенно ее также можно называть сигналом), на эту величину также оказывают влияние некоторые внешние факторы (помехи). Поэтому задача управления состоит в том, чтобы обеспечить полную зависимость выходной величины от задания (предписанной величины) и полное отсутствие ее зависимости от внешних факторов (помехи).

Рис. 1.1. Управление без обратной связи

Если зависимость выходной величины от входного сигнала линейна, по крайней мере, приближенно, ее можно описать передаточной функцией, которая описывает отношение выходной величины к входному сигналу. При описании пользуются математическим аппаратом преобразований Лапласа, чтобы учесть динамические свойства объекта и других элементов системы. Если модель объекта нелинейна, то передаточная функция не подходит для его описания, однако при моделировании эта особенность не играет существенной роли, поскольку программные средства позволяют моделировать как линейные, так и нелинейные элементы.

Пусть объект управления линеен и может быть описан передаточной функцией W2(s), которая представляет собой отношение выходного сигнала у(0 к входному сигналу u(t) в области преобразований Лапласа. При управлении мы хотим, чтобы выходной сигнал принимал некоторое предписанное значение. Пусть оно задается сигналом v(t), называемым «задание». Требуется так преобразовать сигнал задания в сигнал управления, чтобы выходной сигнал стал равным сигналу задания, по крайней мере, приближенно. Если мы знаем математическую зависимость между выходным сигналом объекта и его входным сигналом, то кажется несложным вычислить требуемый сигнал, который привел бы выходную величину к нужному значению. Поскольку сигналы удобнее рассматривать в области преобразований Лапласа, где сигнал на выходе некоторого линейного звена описывается как результат произведения передаточной функции этого звена на входной сигнал этого звена, можно предположить, что выходной сигнал объекта равен управляющему сигналу, умноженному на передаточную функцию объекта. Если бы на объект не действовали никакие иные воздействия, кроме управляющего сигнала, это было бы справедливо. Если бы это было справедливо, то достаточно было бы регулятор сделать таким, чтобы его воздействие на сигнал задания было противоположным воздействию объекта. Иными словами, передаточная функция регулятора должна быть обратной по отношению к передаточной функции объекта. Тогда передаточная функция всего соединения регулятора и объекта, равная произведению передаточных функций регулятора и объекта, была бы равна единице, т.е. выходной сигнал объекта был бы равен заданию.

Однако на самом деле выходной сигнал объекта равен сумме сигнала, рассчитанного описанным выше способом, и результатов действия всех неконтролируемых воздействий на него, которые совместно можно описать как некоторую аддитивную помеху на выходе объекта. На рис. 1.1 этот факт отображается структурой модели объекта, а именно: действие управляющего сигнала описывается передаточной функцией объекта W2(s), результат воздействия управляющего сигнала обозначен виртуальным сигналом X(s), соответствующим сигналу в форме функции времени x(t), но помимо этого на объект действует неизмеряемая помеха /i(t). Этот сигнал добавляется к виртуальному сигналу x(t), поэтому на выходе объекта мы имеем не сигнал x(t), который мы можем сделать равным заданию, а сумму этого сигнала и помехи. Поскольку помеха нам неизвестна, то и выходная величина объекта нам также неизвестна.

Пример 1.3. Например, мы хотим управлять нагревом аквариума и знаем, что если подать на нагреватель напряжение, равное 10 В, то его температура увеличится на 1°С. Можно назвать передаточной функцией объекта (без учета его динамических свойств) коэффициент, равный К = 0,1°C/V. Если мы хотим, чтобы температура аквариума была выше, чем температура в комнате, на пять градусов, то задание равно v(t) = +5°С. Регулятор должен преобразовать эту величину в соответствующее напряжение, и требуемый коэффициент преобразования равен величине, обратной по отношению к передаточной функции объекта: KR = 1 / К = 10 В/град. В этом случае управляющий сигнал, подаваемый на нагревательный элемент, будет равен произведению задания на этот коэффициент: u(f) = KRv(t) = 50 В. Иными словами, на регулятор нужно подавать напряжение, равное 50 В. Но при этом мы не учитываем, какая температура в комнате. Также могут действовать и иные внешние или внутренние факторы, повышающие или понижающие температуру в аквариуме. Кроме того, может оказаться, что указанный коэффициент непостоянен либо зависит от температуры или иных условий. Поэтому даже само приращение температуры мы можем знать недостаточно точно. Следовательно, такая система не управляет температурой, а лишь добавляет некоторое воздействие с неопределенным результатом.

Читайте также:  Фото каминов для деревянных домов

Пример 1.4. Если бы мы в примере 1.3 могли измерять температуру в аквариуме и изменять на основе этого измерения напряжение, подаваемое на нагреватель таким образом, чтобы обеспечить требуемую температуру на выходе, то даже неосведомленность о значении передаточной функции нагревателя не помешала бы нам решить задачу достаточно точно. Например, мы могли бы нагревать воду до тех пор, пока она не достигнет требуемой температуры, после чего мы бы выключили нагреватель. Как только температура воды упадет, мы бы опять его включили, и т.д. Эту операцию можно сделать автоматической, не используя человека, соединив датчик температуры непосредственно с выключателем. На таком принципе основано действие утюга, электроплиты и некоторых других простейших нагревателей с элементами автоматической регулировки. При этом если даже нагрев осуществляется не столь эффективно, как ожидается (например, на плите находится бак с водой, что снижает эффективность нагрева), датчик все равно не отключит нагревающее напряжение до тех пор, пока температура не достигнет требуемого значения.

Вывод 1.1. В системах с обратной связью управление может быть довольно точным даже в том случае, если модель объекта известна недостаточно точно, и даже в том случае, если она изменяется во времени вследствие некоторых неизвестных факторов.

Таким образом, достижение необходимой точности управления выходными величинами объекта обеспечивается лишь в контуре с отрицательной обратной связью. В общих чертах схема такого управления приведена на рис. 1.2. Теория автоматического управления достаточно развита для управления линейными стационарными объектами, но с ростом количества переменных объекта и (или) с ростом порядка уравнений, описывающих отдельные связи между сигналами, аналитическое решение этой задачи становится крайне затруднительным. Эти проблемы усугубляются и при необходимости учета нелинейных элементов или, например, таких элементов, как звено запаздывания. В этом случае более успешным оказывается применение численных методов, основанных на моделировании таких систем [35—42, 50—55]. Моделирование позволяет осуществить выбор, имитационную реализацию и испытание регулятора, но без теоретически обоснованной и практически подтвержденной методики эти возможности не могут быть реализованы достаточно эффективно. Таким образом, актуальны разработка, развитие и обоснование методов численного расчета регуляторов для объектов, содержащих звенья высокого порядка, нелинейные и трансцендентные элементы. Также актуально испытание этих методов для решения задач синтеза регуляторов для непрерывных технологических процессов с объектами, характеризующимися отмеченными особенностями.

Проектирование системы требует разработки структуры регулятора и обратной связи, а также расчета или отыскания иными путями коэффициентов в этих структурах.

Рис. 1.2. Управление с контуром обратной связи

В отношении структуры нередко выбор крайне прост, а именно: обратная связь используется с единичным коэффициентом, заводится она через вычитающее устройство, а в качестве регулятора применяется устройство, которое чаще всего имеет три раздельных тракта или канала управления. Эти три канала включают канал с пропорциональным преобразованием сигнала (пропорциональный), канал с интегрирующим преобразователем (интегральный, интегрирующий) и канал с дифференцирующим преобразователем (дифференцирующий, дифференциальный). Отсюда названия регулятора, содержащего все три канала: ПИД-регулятор, в англоязычной литературе PID-regulator, PID- controller или просто PID.

В связи с неоднозначностью терминов «дифференциальный» (что может означать и простое вычитание) и «интегральный» (что может означать суммирование или объединение многих элементов в одном корпусе) можно рекомендовать отказаться от этих терминов в данном контексте, применяя только «дифференцирующий» и «интегрирующий». Если регулятор не содержит какого-либо из перечисленных каналов, то соответствующая буква выпадает из его названия, например остается ПИ или ПД. Если какой-то из каналов представлен дважды, буква может удваиваться или даваться с показателем степени, например, ПИДД, или ПИД 2 . Если имеется лишь пропорциональный тракт, может использоваться исторически сложившееся название «К-регулятор», где «К» обозначает простой коэффициент усиления, который, как правило, должен быть достаточно большим для успешности решения задачи управления объектом.

Как правило, объекты управления в промышленных технологических линиях характеризуются существенным запаздыванием, которым нельзя пренебречь даже в сравнении с инерционностью минимальнофазовой части передаточной функции. Также велико влияние нелинейности характеристик объекта. Наряду с наличием перекрестных связей, это требует рассмотрения объектов как многосвязных и нелинейных одновременно. Исследованию методов управления такими объектами посвящены работы многих ученых [17—18, 27—28].

В частности, разработаны методы управления многоканальными объектами по старшей производной вектора состояния, создан метод анализа и синтеза адаптивных систем на основе принципа локализации, успешно применяются методы разделения движений и некоторые другие методы и методики [20]. Случаи линейных объектов рассмотрены и изучены довольно глубоко. Как правило, решение задачи синтеза регулятора в этом случае осуществляется аналитически, преимущественно рассмотрением в пространстве состояний объекта. Для объектов, содержащих запаздывание и (или) нелинейность, аналитические методы применять не всегда удается в связи с резким возрастанием сложности задачи. Проблемы управления многосвязными объектами высокого порядка (матричная передаточная функция которых имеет большую размерность и при этом содержит в качестве своих элементов звенья высокого порядка), а также объектами, содержащими нелинейные или трансцендентные звенья, чрезвычайно сложны. Чаще всего они не могут быть решены аналитически либо их решение известными методами чрезвычайно затруднительно, или требуемый вычислительный или временной ресурс делает их неразрешимыми с помощью известных методов. Применение различных упрощений задачи приводит к тому, что или получаемое решение далеко от желаемого, или отклонение теоретических результатов от практических реализаций недопустимо велико.

Численное моделирование и численная оптимизация все шире применяются вследствие развития математических методов и специальных программ, а также в связи с ростом производительности вычислительной техники. Эти методы позволяют отыскать приемлемые решения для наиболее простых примеров указанного класса задач, хотя универсальной методики решения этих задач пока не существует. Применение наиболее эффективных программ для моделирования и численной оптимизации позволяет существенно продвинуться на пути решения все более сложных задач из этой области. Однако для данных целей необходимы методики применения этих программ для указанных задач: отсутствие практических методик и теоретических обоснований для них приводит к необоснованному сдерживанию распространения численных методов оптимизации САУ.

В связи с этим актуальна разработка теоретических основ методов и практических методик для синтеза регуляторов, позволяющих осуществлять качественное управление одно- и многомерными объектами, содержащими элементы запаздывания, нелинейности и другие указанные выше особенности, усложняющие или исключающие аналитический расчет регуляторов.

Замкнутые динамические САУ нужны практически во всех отраслях науки, техники и промышленности. Они обеспечивают стабилизацию или изменение по требуемому закону важнейших характеристик, что позволяет осуществлять технологические или исследовательские операции, управлять транспортом, роботами, химическими, биохимическими и физическими процессами.

Достижение требуемой точности управления этими величинами обеспечивается лишь в контуре с отрицательной обратной связью [1—55].

Ссылка на основную публикацию
Что относится к пищевой продукции
В книжной версии Том 26. Москва, 2014, стр. 310 Скопировать библиографическую ссылку: ПИЩЕВЫ́Е ПРОДУ́КТЫ, про­дук­ты жи­вот­но­го, рас­ти­тель­но­го, ми­не­раль­но­го про­ис­хо­ж­де­ния, пред­на­зна­чен­ные...
Через какое расстояние крепить полипропиленовые трубы
При проектировании трубопроводы разделяются на отдельные участки, путем распределения точек жёсткого крепления. Расстояние между креплениями полипропиленовых труб таким образом, предотвращается...
Через сколько времени можно шпаклевать после грунтовки
Процесс нанесения шпаклевки на грунтовку является очень важным. Большое количество людей во время ремонта задумываются о том, что возможно ли...
Что относится к санитарно техническому оборудованию
Санитарно-техническое оборудование (сантехника) — это уст­ройства (приборы), устанавливаемые в уборных (туалетах), ванных комнатах, комнатах личной гигиены (на производстве и учреждени­ях),...
Adblock detector