2.1.3 Принцип компенсации (управление по возмущению)

В случае, когда изменение состояния ОУ под действием одного или нескольких наиболее критических возмущений недопустимо, используют принцип управления по возмущению. Сущность принципа состоит в том, что измеренное датчиком возмущение преобразуется в воздействие, подаваемое на УУ, которое формирует управляющее воздействие z(t) с учетом не только величины задающего воздействия x(t), но и величины возмущения f(t). В результате управляющее воздействие на ОУ компенсирует (предотвращает) влияния данного возмущения на управляемую величину y(t). Структурная схема САУ по возмущению приведена на Error: Reference source not found–б.

Принцип управления по возмущению ориентирован не на следствие, как принцип обратной связи, а на причину, нарушающее равновесие объекта управления, т.е. основное возмущающее воздействие, и преобразование его в управляющее воздействие. К достоинствам САУ, реализованных по принципу управления по возмущению, относится бόльшая оперативность по сравнению с системами управления по отклонению, т.к. возмущение может быть скомпенсировано до появления значимого рассогласования между заданным и текущим значением управляемой величины.

Недостатком систем управления по возмущению является то, что они компенсируют влияние одного или нескольких заранее определенных возмущений и не могут предотвратить влияние на управляемую величину других возмущающих воздействий. По отношению к неучтенным возмущениям, для которых не реализован контур компенсации, эти системы ведут себя как системы разомкнутого управления. Процесс управления не зависит от результатов – управляемая величина не измеряется и не производится никаких действий, если она не соответствует требуемому значению, и под действием неучтенных возмущений возникает статическая ошибка управления [2, 7, 10, 11].

Рассмотрим в качестве примера САУ по отклонению скоростью вращения привода исполнительного механизма (ИМ) технологической системы (Error: Reference source not found). Целью управления в рассматриваемой САУ является обеспечение заданного значения скорости вращения исполнительного механизма _им(t) в условиях изменяющейся нагрузки на валу двигателя (основное возмущение). Задатчиком желаемого значения скорости вращения как и в схеме с обратной связью (см. Error: Reference source not found) является потенциометр – положение его подвижного контакта определяет величину задающего напряжения U_з(t) как долю от напряжения питания U_п(t). В качестве датчика возмущения используется моментная муфта: ее выходное напряжение (напряжение компенсации) пропорционально моменту нагрузки. Доля этого напряжения, определяемая положением подвижного контакта потенциометра контура компенсации R_к, составляет величину напряжения компенсации . Задающее напряжение и напряжение компенсации подаются на обмотки управления, и их магнитодвижущие силы складываются в электромашинном усилителе, который в этой схемы выполняет две функции: сумматора и усилителя.

При увеличении момента нагрузки М_н напряжение компенсации U_к увеличивается, что приводит к возрастанию магнитодвижущей силы обмотки управления в контуре компенсации, результирующей магнитодвижущей силы электромашинного усилителя и, в результате, напряжения якоря двигателя. Момент вращения двигателя возрастает, что позволяет преодолеть возросший момент нагрузки и сохранить неизменной заданную скорость вращения _им(t). Чувствительность контура компенсации к изменению момента нагрузки М_н определяется коэффициентом статического преобразования контура компенсации и настраивается потенциометром R_к.

Быстродействие и точность управления САУ скоростью вращения привода по возмущению (см. Error: Reference source not found) в условиях действия основного возмущения будет выше, чем в САУ по отклонению (см. Error: Reference source not found), т.к. инерционность контура компенсации определяется в основном быстродействием моментной муфты (передача и взаимодействие электрических сигналов не вносит существенного запаздывания). Кроме того, в САУ по возмущению формирование управляющего воздействия начнется по факту возникновения возмущения, раньше, чем оно значимым образом скажется на скорости вращения привода.

В САУ скоростью вращения привода по отклонению (см. Error: Reference source not found) в тех же условиях длительность переходного процесса САУ определяется инерционностью объекта управления (двигателя) и датчика выходной величины (тахогенератора), и, кроме того, формирование управляющего воздействия начинается по факту отклонения скорости от заданного значения, поэтому во время более длительного переходного процесса отклонение скорости вращения от заданного значения будут больше, чем в САУ по возмущению.

Однако в условиях действия прочих возмущений, например, при изменении коэффициента усиления электромашинного усилителя, САУ по возмущению не обеспечивает достижение цели управления: скорость вращения отклонится от заданной. В тех же условиях САУ по отклонению достижение цели управления обеспечит: благодаря контролю управляемой величины и величины рассогласования последствие влияния изменившегося коэффициента усиления электромашинного усилителя будет ликвидировано изменением напряжения, подаваемого на обмотку управления [10].

ПРИМЕРЫ других систем управления по возмущению.