Виды автоматических систем регулирования

 

Как уже отмечалось, отклонение фактического тех­нологического режима от заданного происходит под действием возмущений, для компенсации которых предназначены АСР тех­нологических параметров. Процесс регулирования в АСР может осуществляться двумя способами или их комбинацией.

В основе первого способа лежит идея компенсации возмуще­ний на входе объекта, поэтому он и получил название способа ре­гулирования по возмущению. Структурная схема такой АСР приве­дена на рис. 7, а. В этой системе регулирующий параметр изме­няется в зависимости от возмущения 2 таким образом, что регулирующее воздействие компенсирует действие возмущений на объект. Например, этим способом можно стабилизировать уровень в емкости, для чего расход жидкости на притоке следует поддерживать равным ее расходу на стоке. В этом случае возму­щающее действие колебаний стока будет устраняться и уровень не изменится.

В СТОЗ системы регулирования по возмущению, которые иногда называют разомкнутыми, применяют крайне редко. Это связано с тем, что в таких АСР нет контроля за рассогласованием, и поэтому оно может бесконтрольно увеличиваться под действием неучтенных возмущений. Так, отклонение уровня в емкости от заданного с течением времени может возрасти вследствие неточ­ного измерения расхода, испарения жидкости с поверхности и т.д. В то же время регулирование по возмущению позволяет уст­ранить возмущающие воздействия на входе объекта до возникно­вения рассогласования, что является достоинством этого способа регулирования.

Сущность второго способа регулирования состоит в том, что регулирующий параметр изменяют в зависимости от отклонения регулируемого параметра от задания. По этому способу, назван­ному регулированием по отклонению, при любом рассогласовании, вызванном возмущающими воздействиями, регулирующее воз­действие всегда стремится уменьшить рассогласование.

Регулирование по отклонению иллюстрируется схемой, в соответствии с которой регулируемая величина сравнивается с заданным значением У: разность этих двух величин е = У — X после усиления воздействует на объект регулирования ОУ. Вели­чина е, называемая отклонением или ошибкой АСР, должна быть мала. Тогда между регулируемой величиной А и ее заданным зна­чением /устанавливается вполне определенное соответствие: из­менение величины У сопровождается соответствующим измене­нием регулируемой величины X. Из схемы этой АСР видно, что сигналы в ней проходят по замкнутому контуру: от регулятора на вход объекта — в прямом направлении, а с выхода — в обратном. Такая связь, называемая обратной, замыкает выход (регулируемый параметр) с ее входом (заданием), и поэтому АСР с обратной связью является замкнутой. В таких системах регулирующее воздействие — реакция на рассогласование, возникающая после появления рассогласования, что является серьезным недостатком спо­соба регулирования по отклонению. В то же время регулирование с использованием обратной связи уменьшает возникающее рассогласование и тем самым компенсирует результат действия возмущений (но не сами возмущения). При таком регулировании не требуется информации об источнике, характере и величине воз­мущений. Благодаря этому важному свойству обратной связи можно управлять любыми реальными процессами в СТОЗ при не­известных возмущениях, т.е. АСР по отклонению имеет большое преимущество перед АСР по возмущению.

Возможно одновременное применение способов регулирова­ния по отклонению и возмущению. Схема такой комбинирован­ной АСР (рис. 7, в) отличается от АСР по отклонению тем, что в регулятор кроме сигнала рассогласования вводится значение воз­мущения 2. В этой системе основные возмущения компенсиру­ются регулирующим воздействием, как и в АСР по возмущению. Рассогласование же возникает под действием оставшихся (не ос­новных) возмущений, а также ошибок измерения и неточной компенсации основных возмущений. Следовательно, в комбини­рованной АСР рассогласование будет меньше, чем в АСР по от­клонению. Поэтому такие АСР обеспечивают большую точность регулирования, но они более сложны.

Сравнивая описанные способы регулирования, можно сделать следующие выводы. Регулирование по возмущению в принципе может полностью устранить рассогласование, т.е. сделать АСР нечувствительной к возмущениям. Однако для этого требуются идеально точное измерение и компенсация всех возмущений, что практически невозможно. Поэтому такой способ применяется обычно как дополнение к регулированию по отклонению в ком­бинированных АСР для улучшения их свойств. Для регулирова­ния же по отклонению не требуется информации о возмущениях, поэтому такой способ легко реализуется на практике с помощью обратной связи. Однако по этой же причине в АСР с обратной связью рассогласование принципиально не может быть устранено полностью, ибо регулирующее воздействие на объект осуществля­ется лишь после возникновения рассогласования, т.е. как бы за­паздывает во времени.

Если бы можно было заранее предвидеть возмущения и реак­цию на них объекта, то стало бы возможным формирование регу­лирующего воздействия с необходимым предварением, чтобы не допустить рассогласования. Оказывается, что о будущем поведении объекта можно судить по скорости изменения рассогласования. Действительно, если в каждый текущий момент времени измеря­ется не только само рассогласование, но и скорость его измене­ния, то можно рассчитать (предсказать) рассогласование на сле­дующий, будущий момент. Тогда на вход регулятора АСР подается не текущее, а предсказанное рассогласование, в результате чего регулирующее воздействие производится с необходимым предварением, что позволяет еще больше уменьшить рассогласо­вание. Системы, использующие эффект предсказания, называ­ются АСР с предварением.

АСР классифицируют не только по способу регулирования, но и по характеру сигналов регулирующего воздействия и сигна­лов задания. По характеру сигналов регулирующего воздействия различают непрерывные и дискретные АСР. В непрерывных регу­лирующее воздействие может изменяться непрерывно, в дискрет­ных — скачками: либо в определенные моменты времени (дис­кретность во времени), либо только на определенное значение (дискретность по значению). В первом случае АСР называется импульсной, во втором — релейной.

Импульсные АСР обычно применяют, когда регулируемый параметр измеряется дискретно во времени (например, измере­ние концентрации компонента в природных и сточных водах пу­тем периодического отбора проб на анализ). В этом случае регу­лирующий параметр обычно изменяется также дискретно.

В релейных АСР регулируемый параметр может принимать лишь несколько возможных значений. Системы с двумя значениями называются двухпозиционными, с тремя — трехпозиционными.

Задание в АСР может быть постоянной величиной или изме­няться во времени. В соответствии с этим АСР делятся на стаби­лизирующие, программные и следящие. В стабилизирующих АСР задание является постоянной величиной, в программных — изме­няется по определенному, заранее заданному закону, в следя­щих — произвольно.