- •А.В. Федотов теория автоматического управления
- •Список сокращений
- •Основы теории автоматического управления Введение
- •Примеры систем автоматического управления Классический регулятор Уатта для паровой машины
- •Система регулирования скорости вращения двигателей
- •Автоматизированный электропривод
- •Система терморегулирования
- •Следящая система автоматического управления
- •Система автоматического регулирования уровня
- •Обобщённая структура автоматической системы
- •Принципы автоматического управления
- •Математическая модель автоматической системы
- •Пространство состояний системы автоматического управления
- •Классификация систем автоматического управления
- •Структурный метод описания сау
- •Обыкновенные линейные системы автоматического управления Понятие обыкновенной линейной системы
- •Линеаризация дифференциального уравнения системы
- •Форма записи линеаризованных дифференциальных уравнений
- •Преобразование Лапласа
- •Свойства преобразования Лапласа
- •Пример исследования функционального элемента
- •Передаточная функция
- •Типовые воздействия
- •Гармоническая функция.
- •Временные характеристики системы автоматического управления
- •Частотная передаточная функция системы автоматического управления
- •Частотные характеристики системы автоматического управления
- •Типовые звенья
- •Безынерционное (усилительное) звено.
- •Инерционное звено (апериодическое звено первого порядка).
- •Колебательное звено.
- •Интегрирующее звено.
- •5. Дифференцирующее звено.
- •Неустойчивые звенья
- •Соединения структурных звеньев
- •Преобразования структурных схем
- •Передаточная функция замкнутой системы автоматического управления
- •Передаточная функция замкнутой системы по ошибке
- •Построение частотных характеристик системы
- •Устойчивость систем автоматического управления Понятие устойчивости
- •Условия устойчивости системы автоматического управления
- •Теоремы Ляпунова об устойчивости линейной системы
- •Критерии устойчивости системы Общие сведения
- •Критерий устойчивости Гурвица
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Применение критерия к логарифмическим характеристикам
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Построение области устойчивости системы методом d-разбиения
- •Структурная устойчивость систем
- •Качество системы автоматического управления Показатели качества
- •Точность системы автоматического управления Статическая ошибка системы
- •Вынужденная ошибка системы
- •Прямые методы анализа качества системы Аналитическое решение дифференциального уравнения
- •Решение уравнения системы операционными методами
- •Численное решение дифференциального уравнения
- •Моделирование переходной характеристики
- •Косвенные методы анализа качества Оценка качества по распределению корней характеристического полинома системы
- •Интегральные оценки качества процесса
- •Оценка качества по частотным характеристикам Основы метода
- •Оценка качества системы по частотной характеристике
- •Оценка колебательности системы
- •Построение вещественной частотной характеристики
- •Оценка качества сау по логарифмическим характеристикам
- •Синтез системы автоматического управления Постановка задачи синтеза системы
- •Параметрический синтез системы
- •Структурный синтез системы Способы коррекции системы
- •Построение желаемой логарифмической характеристики системы
- •Синтез последовательного корректирующего звена
- •Синтез параллельного корректирующего звена
- •Другие методы синтеза систем автоматического управления
- •Реализация систем автоматического управления Промышленные регуляторы
- •Особенности реализации промышленных регуляторов
- •Настройка промышленных регуляторов
- •Управление по возмущению
- •Комбинированное управление
- •Многосвязные системы регулирования
- •Обеспечение автономности управления
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Содержание
Управление по возмущению
В замкнутых системах автоматического управления осуществляется управление по ошибке. Управление по ошибке весьма распространённый способ управления, однако он не является единственным. Наряду с управлением по ошибке используется и управление по возмущению.
Управление по возмущению применяется для компенсации возмущений, воздействующих на систему автоматического управления и выводящих объект управления из заданного состояния. Устройство управления при управлении по возмущению контролирует внешнее возмущение и создаёт управляющее воздействие на объект таким образом, чтобы компенсировать действие возмущения и сохранить требуемое состояние объекта.
Структура системы автоматического управления по возмущению показана на рис. 136. На объект управления действует возмущение. Действие возмущения на объект описывается передаточной функцией объекта по возмущению .
На вход управления объекта поступает управляющее воздействие u(t) от устройства управления. Свойства объекта по входу управления описываются передаточной функцией объекта по входу управления . Возмущение f(t) контролируется устройством управления, которое при управлении по возмущению называется компенсатором, с передаточной функцией .
Воздействие возмущения на объект управления в рассматриваемой системе можно описать в области изображений Лапласа следующим образом:
, где F(p) – изображение возмущения f(t).
Выходная величина объекта управления не будет изменяться при изменении возмущения, если выполняется условие
, откуда .
Таким образом, если свойства компенсатора будут соответствовать полученной передаточной функции , то объект управления перестанет реагировать на воздействие возмущения f(t), а рассматриваемая система автоматического управления станет инвариантной по отношению к этому возмущению. Каждый компенсатор может компенсировать только одно, вполне конкретное, возмущение, действие которого на объект полностью известно (детерменировано).
Автоматические системы с компенсацией возмущения называют инвариантными системами. В них используется разомкнутое управление. Основным достоинством таких систем является то обстоятельство, что в них принципиально отсутствует ошибка управления, которая всегда должна возникать в системах управления по ошибке для создания управляющего воздействия.
Комбинированное управление
Поскольку управление по возмущению весьма ограничено в своих возможностях (один компенсатор может устранить действие только одного возмущения), то прибегают к комбинированному управлению. При таком управлении компенсатор устраняет воздействие главного возмущения на объект, а все остальные задачи управления решаются управлением по ошибке. Комбинированное управление может заметно повысить точность и быстродействие системы автоматического управления.
С труктура автоматической системы с комбинированным управлением показана на рис. 137. В этой системе два устройства управления: компенсатор Wk(p) для устранения воздействия возмущения на объект управления и регулятор Wp(p) для обеспечения заданного изменения управляемой величины во времени.
Для изображения выходной величины в системе справедливо выражение
.
Система будет инвариантной к возмущению, если выполняется условие инвариантности
.
Для обеспечения инвариантности компенсатор должен иметь передаточную функцию
.
Поскольку достижение полной инвариантности не всегда возможно из-за невозможности полной реализации требуемой передаточной функции компенсатора, то часто используют приближенный выбор компенсатора по условию
и ,
где резонансная частота, при которой достигается максимум амплитудной частотной характеристики замкнутой системы без учета возмущения.
Первое условие обеспечивает полную инвариантность системы в установившемся состоянии, а второе частичную независимость переходного процесса от возмущения .
Введение регулирования по возмущению не влияет на устойчивость и качество переходного процесса системы, так как характеристическое уравнение системы остается неизменным.