Внешние и внутренние возмущения
Внешние возмущения – это непосредственное воздействие внешней среды на объект управления.
Внутренние возмущения – это изменение характеристик, параметров любого из звеньев системы управления.
Так при езде на автомобиле внешним возмущением является обледенение дороги, дождь и т. п., а внутренними – поломки и нарушения работы элементов самого автомобиля, например ухудшение работы карбюратора, подсадка аккумулятора и т. п.
Другими примерами внешних возмущений в технических системах являются изменение питающего напряжения, радиопомехи, а внутренним и – изменение параметров системы вследствие нагрева, износа, старения и т. п.
В биологических системах внешние возмущения – изменение окружающей температуры, дождь, снег, ветер.
Человек компенсирует такие возмущения с помощью соответствующей одежды.
Внутренние возмущения в биологических системах – нарушение работы различных органов, например, сердца. Человек в этом случае принимает лекарства, в частности, от сердечно-сосудистых заболеваний и т. п.
В экономических системах в качестве внешних возмущающих воздействий выступают стихийные бедствия, т. е. землетрясения, наводнения, а также политические и финансовые кризисы, резкие изменения курсов валют и акций на мировых биржах.
В качестве внутренних возмущений – внутрифирменные конфликты, перебои в поставках, изменение цен на товары, и т. п.
Внешние возмущения моделируются в виде дополнительного воздействия “z”, приложенного к некоторой точке системы, например, на входе или выходе объекта управления.
Внутренние возмущения моделируются в виде изменений параметров системы.
Анализ свойств разомкнутой системы управления
Проанализируем свойства разомкнутой системы. Для этого рассмотрим зависимость состояния разомкнутой системы (у) от входной величины (х) в трёх режимах:
номинальном;
при действии внутренних возмущений;
при действии внешних возмущений.
Структурная схема рассматриваемой системы представлена на рис.3.4:
Рис.3.4.Расчетная схема для разомкнутой системы управления
Пусть объект управления и управляющая система представляют собой безынерционные звенья с коэффициентами усиления равными соответственно Коу и Кус.
Номинальный режим.
В этом режиме имеем следующие характеристики системы:
Коу = 1, Кус = 1, z = -18, х = 36.
Тогда
у = Коу (Кус ∙ x + z) = 1 (1 ∙ 36 – 18) = 18.
Если рассматривается система управления отоплением, то в номинальном режиме, рассчитанном на внешнюю температуру - 18ºС, в помещении температуры составляет +18ºС.
Режим действия внутренних возмущений.
Внутренним возмущением физически может быть, в частности, уменьшение диаметра трубопровода системы отопления вследствие образования накипи в процессе эксплуатации. Предположим что диаметр трубопровода уменьшился в два раза в результате чего Кус = 0,5.
Тогда имеем
Коу = 1, Кус = 0,5, z = - 18, X = 36,
следовательно
у = 1 (0,5 ∙ 36 – 18) = 0.
Т.е. при наружной температуре –18ºС обеспечивается только нулевая температура помещения.
Режим действия внешних возмущений.
Внешнее возмущение – это изменение температуры наружного воздуха, например, до –30ºС Тогда имеем
Коу = 1, Кус = 1, z = –30, X = 36,
у = 1 (1 ∙ 36 – 30) = 6.
Т.е. при наружной температуре –30ºС внутренняя температура помещения составляет только +6ºС.
Выводы:
Разомкнутая система управления обеспечивает требуемое состояние объекта только в номинальном (расчётном) режиме.
Разомкнутая система управления не обеспечивает требуемого состояния объекта при действии внутренних и внешних возмущений.
Разомкнутые системы управления могут применяться в следующих ситуациях. Во-первых, поскольку они являются достаточно простыми системами управления , то в соответствии с законом необходимого разнообразия они могут применятся только для управления простыми объектами. Примером является система программного управления светофорами на улицах. Во-вторых, они могут применятся в тех случаях, когда не требуется высокая точность управления, либо когда достижения высокой точности управления сопряжено с большими экономическими затратами, либо с большими техническими трудностями. Примером является система отопления или охлаждения помещения без контроля температуры, в частности система городского централизованного отопления.
Разомкнутые системы управления не могут применятся для управления сложными объектами. Применение плановой разомкнутой системы управления экономикой социалистических стран явилось грубейшим нарушением закона необходимого разнообразия и крупнейшей ошибкой, приведшей к колоссальным негативным политическим, экономическим и социальным последствиям.
Следует отметить, что формирование плановой системы управления происходило во времена, когда не существовало кибернетики и не был известен закон необходимого разнообразия.