Автоматическим регулированием называется изменение какой-либо физической величины по требуемому закону без непосредственного участия человека.

Физическая величина, подлежащая регулированию, называется регулируемой величиной, а технический агрегат (аппарат), в котором осуществляется автоматическое регулирование–регулируемым объектом (объектом регулирования).

Принцип регулирования по возмущению. Этот принцип был предложен французским ученым Понселе и впервые реализован во второй половине ХIХ в русским электротехником В.Н. Чиколевым в разработанных им регуляторах силы света дуговых ламп. Принцип регулирования по возмущающему воздействию называют также принципом компенсации возмущений.

Основной величиной, отклоняющей регулируемую величину от требуемого закона являются всякого рода возмущающие воздействия.

Для компенсации вредного влияния какого–либо возмущающего воздействия после его измерения можно осуществить регулирующие воздействия на объект, обеспечивающие изменение величины по требуемому закону. Для технической реализации данного принципа в состав автоматического регулятора должны входить устройства, позволяющие измерить возмущающее воздействие, и устройства, предназначенные для создания регулирующего воздействия на объект регулирования. Первые называются чувствительными элементами (ЧЭ), а вторые–исполнительными элементами (ИЭ) регулятора. Между чувствительными элементами и исполнительными могут быть включены промежуточные элементы (ПЭ), предназначенные для усиления или преобразования сигнала чувствительного элемента.

Принцип регулирования по возмущению иногда называют принципом регулирования по внешнему воздействию. На объект регулирования воздействуют отклоняющие воздействия, отклоняя регулируемую величину от требуемого закона ее изменения. В связи с этим для компенсации вредного влияния какого-либо возмущающего воздействия на регулируемую величину необходимо осуществить регулирующие воздействия на объект, обеспечивающие изменение регулируемой величины по требуемому закону.

Управление по возмущению основано на принципе компенсации возмущений и является первым принципом автоматического управления. При таком принципе управления управляемый параметр не изменяется, а используется только информация о внешнем воздействии . При этом определяют основное возмущающее воздействие и устанавливают, как необходимо изменять управляющее воздействие на объект управления, чтобы значение управляемых параметров поддерживать неизменным. Функциональная схема такой САУ представлена на рис. 1.

 

 

Рис. 1. Структура САУ, построенной на базе принципа управления по возмущению.

В САУ, использующей принцип управления по возмущению, управляющее воздействие на объект, определяется как

 

Определение принципа управления по возмущению: Принцип управления по возмущению заключается в том, что для устранения отклонения вектора выходных параметров от требуемого значения, вызываемого возмущающим воздействием, измеренная величина этого возмущения преобразуется в управляющее воздействие, которое будучи приложено к ОУ, вызывает компенсирующее отклонение управляемой величины противоположного знака по сравнению с отклонением, вызываемым возмущающим воздействием.

Для определения основных закономерностей, присущих для САУ, построенных на базе этого принципа, рассмотрим систему, структурная схема которой представлена на рисунке 2.

 

Рис. 2. Структурная схема САУ

В САУ, использующую принцип отклонения по возмущению, входят следующие элементы:

• задающее устройство (ЗУ), необходимое для реализации алгоритма работы объекта управления, выражающего в формировании управляющего воздействия ;
• измерительный преобразователь (ИП), обеспечивающий измерение выбранного возмущения на объект управления;
• функциональный преобразователь (П), формирующий необходимую по условиям работы САУ статическую характеристику тракта измерения.
• промежуточный усилитель (У), обеспечивающий формирование требуемого закона управления ОУ.
• объект управления (ОУ).

Рассмотрим условия работы этой системы. Для этого определим взаимосвязи между входными и выходными сигналами каждого блока.

Объект управления характеризуется уравнением вида:

.

Канал измерения возмущения может быть представлен выражением вида:

.

Узел суммирования сигналов представляется выражением вида

.

Управляющее воздействие на объект может быть представлено как

.

С учетом этих уравнений сигнал на выходе ОУ определяется как

.

Очевидно, что при влияние внешнего возмущения на выходную координату САУ будет равно нулю. Условие полной компенсации влияния внешнего возмущения определяется как

.

На рис. 3 приведены внешние характеристики САУ с различной степенью компенсации управляющего воздействия.

 

Рис. 3. Статические характеристики САУ

Если на ОУ действует несколько возмущений , то уравнение объекта принимает вид:

.

С учетом действия САУ сигнал на выходе объекта управления определяется как:

.

При получаем, что

.

Очевидно, что использование принципа управления по возмущению обеспечивает компенсацию влияния только измеряемых внешних возмущений.

Преимущества такого способа управления:

• возможность полной компенсации возмущающего воздействия на объект управления;
• Отсутствие информации о подлинном состоянии объекта управления устраняет проблему обеспечения устойчивости управления.

Недостатки:

• Устранение влияния лишь тех возмущающих воздействий, для которых созданы компенсационные каналы обработки величин этих воздействий.
• Наличие большого числа неконтролируемых возмущений увеличивает погрешность стабилизации выходной координаты.
• Изменение условий компенсации влияния внешних возмущений на объект при изменении его параметров, возникающих при изменении условий работы объекта управления и регулятора.
• Возможность применения управления только к объектам, качественные и количественные характеристики которых известны.

Одним из способов реализации принципа управления по возмущению является принцип управления по управляющему воздействию (управлению). Ведь если рассмотреть объект управления, то как управляющее, так и возмущающее воздействия являются внешними по отношению к самому объекту управления

 

Пример САР по возмущению представлен на рисунке 2. Автоматический регулятор - сильфонный измеритель давления, обеспечивает независимость давления в резервуаре от возмущающего воздействия – давления окружающей среды.

Рис. 2. Простейший регулятор давления, работающий по возмущению

Из рис. 1, 2 видно, что САР, работающая по возмущению имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства:

- регулятор в таких системах обеспечивает возможность регулирования по одному возмущающему воздействию в.

Недостатки:

- наличие большого количества других, не контролируемых регулятором возмущающих воздействий, приводит к тому, что регулируемая величина отличается от требуемого закона ее изменения, т.е. задача регулирования выполняется не полностью.

- изменение параметров регулятора или объекта регулирования (старение, внешние условия и т.д.) приводит также к отклонению регулируемой величины от требуемого закона регулирования.

Оба отмеченных недостатка САР, работающих по возмущению, обусловлены тем, что в таких системах истинное значение регулируемой величины не измеряется и не контролируется. Регулирующее воздействие - m от регулируемой величины y не зависит. Из-за отмеченных недостатков САР по возмущению для решения задач автоматизации применяются только в качестве составной части более сложных, комбинированных САР.