Устойчивость и управляемость систем

Управление – это функция системы ориентированная либо на сохранение основного качества, утрата которого ведет у разрушению системы, либо на выполнение некоторой программы обеспечивающей устойчивость функционирующей системы.

Принципы управления:

· Принцип разомкнутого управления

 

Рисунок 1 - Принцип разомкнутого управления

Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется другими факторами – возмущениями или выходными координатами процесса.

Несмотря на очевидные недостатки, этот принцип широко используется. Операции включения, отключения и переключения часто выполняют с помощью различных логических элементов и их наборов (выключателями, реле, элементами И, НЕ, ИЛИ и др.), каждый из которых может представлять собой элемент с управлением по разомкнутой цепи. Другим типом элементов могут быть датчики программы, состоящие из устройства запуска и самого программного элемента (магнитофон, профилированный кулачковый механизм, осуществляющий перемещение рабочего инструмента обрабатывающего станка по заданному контуру и т.п.). К этому же типу относятся линейные преобразователи, например для пропорционального преобразования одной физической величины в другую, более удобную для использования, например, в электрическую.

Другой их вид – усилители – имеют на входе и выходе одну и ту же физическую величину, но с различными значениями ее количественных показателей. Могут быть использованы и нелинейные функциональные преобразователи.

К элементам разомкнутого типа относятся и многие счётно-решающие устройства, выполняющие операции дифференцирования, интегрирования и формирования разных дифференциально-интегральных операторов.

· Принцип компенсации(управление по возмущению)

 

Рисунок 2 - Принцип компенсации

При больших возмущающих воздействиях разомкнутая цепь не обеспечивает требуемой точности выполнения алгоритма функционирования. Для повышения точности можно, измерив возмущение, внести коррективы в алгоритм управления, которые компенсировали бы отклонения алгоритма функционирования.

Следует отметить, что при регулировании по возмущению мы можем учесть действие лишь одного возмущения, именно того, на которое реагирует регулятор. Измерение нагрузки, сравнительно легко осуществимое в электрических машинах, более трудно выполнить в неэлектрических двигателях и других объектах. Точная компенсация требует точной реализации требуемой функциональной зависимости между возмущением и воздействием регулятора на регулирующий орган. Эта зависимость чаще всего сложна, а иногда и неоднозначна. Поэтому реализуется она приближенно. Кроме того, другие возмущения, не измеряемые данным регулятором, вызывают изменения регулируемой величины, которые этот регулятор не может компенсировать. Такими дополнительными, некомпенсируемыми возмущениями в электрических машинах являются, например, колебания напряжения возбуждения, колебания скорости приводных двигателей, изменение сопротивления обмоток и щеток под влиянием колебаний температуры и других факторов и т. д. Поэтому регулирование по возмущению не отличается большой точностью.

· Принцип обратной связи

 

Рисунок 3 - Принцип обратной связи

Регулирование по отклонению отличается тем, что позволяет уменьшить отклонение независимо от того, какими причинами последнее вызвано, т.е. устраняет влияние любых возмущений без измерения их.

· Комбинированный принцип

 

Рисунок 4 – Комбинированный принцип

Весьма эффективно применение комбинированного регулирования: по возмущению и по отклонению. Такие схемы объединяют преимущества обоих способов регулирования. Естественно, что каждое добавление к схеме усложняет и удорожает регулятор, поэтому при выборе того или иного принципа регулирования следует взвесить все обстоятельства. Так, например, если требования к точности регулирования невысоки, но нагрузка, наиболее существенно влияющая на процесс, легко поддается измерению, можно применить регулирование по возмущению; если такое регулирование не обеспечивает требуемой точности или если измерить возмущение сложно, можно рекомендовать регулирование по отклонению; если требования к процессу регулирования особенно жесткие, нужно применить комбинированный принцип.