Пример 1. Система регулирования температуры воздуха в помещении в зависимости от температуры наружного воздуха.

Рис 1.1. Объект управления

 

Заданный алгоритм обычно предусматривает поддержание рабоче­го параметра постоянным во времени или же изменение во времени по известному или неизвестному закону.

 

Задача управления, по существу, заключается в формировании такого закона изменения управляющего воздействия, при котором обеспечивается заданный алгоритм при наличии возмущающих воздействий.

Для решения этой задачи используются три фундаментальных принципа управления: разомкнутое управление, управление по возмущению (принцип компенсации) и замкнутое управление (принцип обратной связи или управление по отклонению).

Сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что управление строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины, то есть текущее состояние ОУ не учитывается при выработке управляющих воздействий. Процесс работы системы не зависит непосредственно от результата ее воздействия на объект управления.

Схема управления имеет вид разомкнутой цепи (рис.2.).

 

Рис.2. Функциональная схема разомкнутой САУ

 

Задатчик алгоритма функционирования ЗАФ подает задающее воздействие x(t), которое преобразуется управляющими устройствами в управляющее воздействие z(t). Под воздействием управления состояние объекта управления ОУ, характеризуемое управляемой величиной y(t), изменяется так, чтобы значение y(t) было равно требуемому значению, величина которого определяется задающим воздействием x(t). Наличие возмущающего воздействия f(t) приводит к тому, что действительное значение управляемой величины y(t) отличается от заданного, то есть появляется ошибка управления. Если действие возмущений является постоянным или периодическим, ошибка управления накапливается, и, в пределе, может произойти отказ системы. Таким образом, принцип разомкнутого управления неприменим в условиях значительных помех и возмущений. В отсутствии возмущений воспроизведение заданной величины обеспечивается жесткостью характеристик устройств, входящих в состав схемы. Разомкнутое управление в чистом виде применяется редко и только в простых схемах

Текущее значение наружной температуры поступает с датчика температуры ДТ на регулятор Р, который в зависимости от заданного задатчиком функционирования ЗАФ режима изменяет расход теплоносителя через теплообменник. Возмущениями в данной системе могут являться, например, нарушение теплоизоляции помещения или изменение давления теплоносителя.

 

 

При реализации управления по отклонению управляющее воздействие на ОУ вырабатывается как функция отклонения управляемой величины от заданного значения. Схема управления содержит обратную связь, то есть управляемая величина с выхода системы подается на ее вход (рис.3.). Система управления по отклонению является, таким образом, замкнутой.

На входе системы элементом сравнения ЭС производится вычитание x(t)-y(t)=(t). Величина (t) называется рассогласованием. Управляющие устройства УУ работают таким образом, чтобы все время сводить рассогласование к нулю. Обратная связь такого типа называется отрицательной.

– элемент сравнения; e (t) – рассогласование.

Рис.3. Функциональная схема САУ с обратной связью

 

Универсальность и эффективность принципа управления по отклонению состоит в том, что он позволяет осуществить заданный закон изменения управляемой величины y(t) независимо от того, изменение какого из входных воздействий – задающего x(t) или возмущающего f(t) – вызвало возникновение рассогласования. САУ по отклонению реагирует на интегрированное внешнее воздействие, проявляющееся в изменении контролируемой (измеряемой) управляемой величины. К достоинствам САУ по отклонению относятся простота технической реализации и высокая точность управления.

К недостаткам систем с обратной связью следует отнести недостаточную оперативность, обусловленную тем, что действие системы направлено на ликвидацию рассогласования. То есть САУ сначала допускает изменение управляемой величины под воздействием внешних или внутренних возмущений, а потом его ликвидирует. При управлении по отклонению влияние возмущающих воздействий на выходную величину в значительной мере ослабляется, но не устраняется. Класс автоматических систем, построенных на основе принципа замкнутого управления, получил название систем автоматического регулирования (САР),