Классификация систем управления по алгоритмам управления

На рис. 1.7 приведена типовая структура СУ с единичной отрицательной обратной связью.

Рис. 1.7

Единичная обратная связь означает, что вся информация о выходной координате передается на элемент сравнения, на выходе которго вырабатывается ошибка рассогласования e (t)= fу (t) - y (t). Регулятор P на основе информации об ошибке, то есть по величине рассогласования цели (задающего воздействия fу (t)) и текущего состояния (управляемой координаты y (t)) вырабатывает управляющее воздействие m на ОУ.

Регулятор функционирует в соответствии с заложенным в него алгоритмом, наываемым законом управления (законом регулирования).

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные – типовые - законы управления для непрерывных СУ. При этом регулятор будем трактовать как устройство, преобразующее сигналы в соответствии с некоторым математическим оператором.

Пропорциональный закон (П-закон). Воздействие на объект прямо-пропорционально рассогласованию:

m(t) = kPe (t). (1.1)

Интегральный закон (И-закон). Уровень воздействия на объект определяется суммарной ошибкой:

. (1.2)

Если продифференцировать выражение (1.2), то получим соотношение d m(t)/ dt = kIe (t), показывающее, что величина ошибки определяет скорость изменения управляющего воздействия. Отличительной особенностью И-закона управления является то обстоятельство, что установившиеся процессы в СУ могут существовать только при e (t) = 0.

Пропорционально-интегральный закон (ПИ-закон). Представляет собой комбинацию первых двух:

. (1.3)

Пропорционально-интегрально-дифференциальный закон (ПИД-закон). В дополнение к ПИ-закону формирует управляющее воздействие также и с учетом скорости изменения ошибки:

. (1.4)

Рассмотренные типовые законы управления (регулирования) часто используются в системах промышленной автоматики.

Классификация систем управления по энергетическому признаку

В зависимости от того, не используется или используется дополнительная (сторонняя) энергия для реализации (исполнения) принятого управляющим устройством решения, СУ подразделяются на системы прямого регулирования и системы непрямого регулирования (управления).

В системах прямого управления энергия, отбираемая измерительным устройством, достаточна для оказания воздействия на регулирующий орган объекта. При этом, как правило, такие функциональные элементы, как ИУ, УУ (вместе с элементом сравнения) и некоторый исполнительный механизм, оказываются конструктивно объединенными. В качестве примера можно указать на две СУ в автомобиле: система стабилизации уровня топлива в поплавковой камере карбюратора, а также система стабилизации температуры охлаждающей жидкости двигателя. Системы прямого регулирования характеризуются простотой и надежностью, но могут использоваться, когда применяется простой алгоритм управления и требования к точности процесса управления не высокие.

В системах непрямого управления функционально разделяются функции измерения (контроля за текущим состоянием процесса), принятия решения управляющим устройством (быть может, по сложному алгоритму) и исполнения решения. Для последней составляющей используются специальные исполнительные устройства и механизмы (сервоприводы), целью которых является преобразование управляющего сигнала по физической природе и усиление по величине и мощности.

По виду используемой для управления энергии различают электрические, механические, гидравлические, электрогидравлические и другие СУ.

Поведение объектов и систем управления

Теория управленияоперирует математическими моделями объектов и СУ, которые описывают поведение систем, то есть их реакцию на управляющие и возмущающие воздействия. Как уже говорилось, функционирующие в этих моделях сигналы (координаты, переменные) абстрагированы от их физической природы. Это позволяет описывать и обобщать закономерности поведения в объектах и системах различного функционального назначения.