3. Принципы автоматического управления

Одна из основных задач построения автоматических систем состоит в том, чтобы решить, каким образом при помощи простейших технических средств осуществить требуемый алгоритм функционирования выходной величины объекта управления.

Несмотря на существенное разнообразие технических процессов, в основе построения систем автоматического управления лежат некоторые общие фундаментальные принципы управления, основные из которых следующие: принцип разомкнутого управления, принцип управления по отклонению, принцип управления по возмущению, принцип комбинированного управления и принцип адаптации. Для пояснения сущности основных принципов управления рассмотрим принципиальную схему, системы автоматического регулирования напряжения генератора, представленную на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 Принципиальная схема автоматического регулирования напряжения генератора

Роль задающего элемента (ЗЭ) здесь выполняет потенциометр и ключ «К». Функции усилительного элемента (УЭ) и элемента сравнения выполняет операционный усилитель, выполненный на базе УПТ с большим коэффициентом усиления. В качестве преобразовательного элемента (ПЭ) используется реверсивный тиристорный возбудитель. Объектом регулирования является генератор с переменной нагрузкойZ_н. Датчик тока (ДТ) и датчик напряжения (ДН), совместно с шунтом и потенциометром, выполняют роль чувствительного элемента (ЧЭ).

1. Принцип разомкнутого управления.

В этом случае функциональная схема системы будет иметь вид, показанный на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 Функциональная схема разомкнутой САУ.

Допустим, что требуется поддерживать постоянной величину напряжения генератора, т.е. заданный алгоритм функционирования - поддержание постоянства выходной величины. Отклонение напряжения генератора вызывается в данном случае изменением нагрузки Z_н.

Для задания требуемого напряжения потенциометр «П» устанавливается в определенное положение, соответствующее заданному напряжению.

При изменении нагрузки изменяется напряжение генератора. Увеличение нагрузки (уменьшение Z_н), вследствие падения напряжения в якорной цепи генератора, приводит к снижению напряжения генератораU_г. В этом случае для восстановления требуемого значения необходимо переместить движок потенциометра в определённое положение, согласно заданного алгоритма функционирования, т.е. необходимо выполнить определённую совокупность предписаний. Например, если известны характеристики системы и известен характер и время изменения нагрузки, то можно определить новое положение потенциометра. В этом случае потенциометр может перемещаться либо человеком, либо программным устройством по заданному графику. Такая система регулирования носит название системы разомкнутого цикла, ибо в данном случае регулируемая величина - напряжение генератора - не воздействует прямо или косвенно на вход системы. Точность работы такой системы может оказаться весьма низкой и определяется характеристиками объекта управления.

Таким образом, сущность принципа разомкнутого управления состоит в том, что алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного алгоритма функционирования, а выходные координаты и возмущения не контролируются и информация о их состоянии не используется при формировании управляющего воздействия. Функциональная схема такой системы (рисунок 1.5) имеет вид разомкнутой цепочки. Это и дало основание названию принципа.

Несмотря на очевидные недостатки, этот принцип используют очень широко.

Элементы, представляемые разомкнутой цепью, входят в состав любой системы, поэтому принцип представляется настолько простым, что его не всегда выделяют как один из фундаментальных принципов. К элементам разомкнутого типа могут быть отнесены логические элементы, линейные и нелинейные преобразователи, многие счетно-решающие элементы, а так же большинство промышленных приводов (привод механизмов кранов, рольгангов, конвейеров, многих станков, вспомогательных механизмов прокатных станов, доменных печей и т.д.).