1.2.2. Принцип компенсации

 

Основной причиной неудовлетворительной работы рассмотренного выше регулятора является невозможность полной компенсации внешнего воздействия. Качество регулирования температуры воздуха в помещении можно существенно улучшить, если вместо среднемесячной температуры использовать фактическое значение температуры наружного воздуха. Это позволит полностью компенсировать возмущающее воздействие.

Способ регулирования, при котором регулирующее воздействие вырабатывается на основе действующих возмущений, называется принципом компенсации или способом регулирования по возмущению.

Принцип компенсации иногда также называют принципом Понселе (по имени французского инженера, предложившего принцип регулирования паровой машины по моменту сопротивления на ее валу, т. е. по возмущению).

Именно по такому принципу осуществляется регулирование температуры воздуха в помещениях при централизованном теплоснабжении от ТЭЦ и районных котельных. Температура воды в подающем трубопроводе теплосети поддерживается в строгом соответствии с утвержденным температурным графиком. В температурном графике указывается зависимость температуры подаваемой воды в зависимости от температуры наружного воздуха.

Функциональная схема этой АСР показана на рисунке 1.4. От предыдущей схема отличается наличием измерительного устройства (ИУ) (в нашем случае это измеритель температуры).

Рис. 1.4. Функциональная схема АСР с компенсацией

Достоинство принципа компенсации: быстрота реакции на возмущения. Он более точен, чем принцип разомкнутого управления. Недостаток: невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

1.2.3. Принцип обратной связи

Основным недостатком предыдущей схемы регулирования температуры является невозможность учета всех возмущающих воздействий. Теплопотери помещения зависят не только от температуры наружного воздуха и теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций, но также от скорости и направления ветра, тепловыделений от работающих электроприборов и ещё от ряда дополнительных возмущающих воздействий.

Улучшить качество регулирования можно за счет использования в АСР обратной связи, т. е. канала связи, по которому информация о регулируемой переменной поступает на регулирующее устройство. В этом случае определяется отклонение текущего значения выходной переменной от требуемого значения и на его основе формируется регулирующее воздействие, поэтому такой способ управления получил название управления по отклонению. Поскольку регулирующее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t), то уже не важно, какие возмущения действуют на ОУ. Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения.

Первыми промышленными регуляторами, построенными по принципу обратной связи, являются регулятор уровня воды котла паровой машины Ползунова (1765 г.) и регулятор оборотов паровой машины Уатта (1784 г.), поэтому принцип обратной связи иногда называют принципом Ползунова – Уатта.

В нашем случае регулятор сравнивает заданное значение температуры (уставку) с фактическим значением температуры в помещении и по величине рассогласования формирует управляющее воздействие на привод клапана.

Функциональная схема этой АСР показана на рисунке 1.5. Задающее устройство формирует требуемое значение выходной величины x(t), которое суммируется с инвертированным (умноженным на −1) значением сигнала на выходе АСР. Отклонение e = x − y с выхода суммирующего устройства подается на вход преобразующего устройства. Если e ≠ 0, то ПУ формирует регулирующее воздействие u(t), действующее до тех пор, пока не обеспечится равенство e = 0 или y = x. Так как на сумматор поступает инвертированное значение y(t), то такая обратная связь называется отрицательной, в отличие от положительной обратной связи, когда на сумматор подается неинвертированный сигнал y(t).

Рис. 1.5. Функциональная схема АСР с обратной связью

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы, поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.