5.3. Принцип компенсации (управление по возмущению)

Сущность этого принципа (рис. 5.3) состоит в том, что управляющее воздействие v(t) вырабатывается АУ по информации об отклонении f(t) текущего значения возмущения f(t) от его ожидаемого (базового) значения f^*(t) v =  (f) , (5.3) f(t) = f^*(t) – f(t) .

Рис. 5.3. Схема управления по возмущению

Другими словами, управление вырабатывается в функции возмущения так, чтобы действие последнего на систему компенсировалось («упреждающее управление»).

Системы регулирования по возмущению обычно отличаются от систем с обратной связью большей устойчивостью и быстродействием.

Недостатки же принципа компенсации связаны с трудностями, которые возникают при измерении большинства возмущений, и, как следствие, с невозможностью их учета в полном объеме.

Важно отметить, что для реализации управления по возмущению необходимо располагать математической моделью объекта, т.е. зависимостями, связывающими выходную величину с возмущениями и с управляющим воздействием, отсутствие которых зачастую ограничивает применение данного принципа.

5.4. Пример реализации принципов управления

Для большей наглядности рассмотрим сущность описанных принципов на примере управления температурой в печи с электронагревателем (рис. 5.4). Допустим, что печь имеет малые размеры и температура Т в печи в любой момент одинакова.

Управляемой величиной является средняя температура Т_ср, а управляющей – сила тока J в электронагревательном элементе. Возмущающими воздействиями являются колебания напряжения в сети U_с (основное возмущение), изменения сопротивления нагревательного элемента R, изменения теплоемкости и теплопроводности печи, также изменения температуры окружающей среды Т_ср.

Рис. 5.4. Система автоматического управления температурой печи с электронагревателем

1) В разомкнутой системе управления оператор задает уставку силы тока J_зад в соответствии с инструкцией.

2) В компенсирующей системе управления (рис. 5.4, а) оператор не получает информации о температуре в печи Т, но он знает, как изменится величина Т при определенном изменении напряжения в сети U_с. Измеряя величину U_с, он передвигает движок Д автотрансформатора АТ и устанавливает требуемое значение напряжения U_н, компенсируя тем самым влияние возмущающего воздействия.

3) В системе с обратной связью (рис. 5.4, б) при помощи термометра с термопарой ТП и усилителя УС измеряется управляемая величина – температура в печи Т. Если величина Т меньше требуемой Т_зад , то оператор увеличивает напряжение U_н , и наоборот. Здесь для формирования управляющего воздействия используется отклонение текущего значения величины Т от требуемого значения Т_зад.

4) Для объединения достоинств двух последних принципов их реализуют одновременно. В комбинированных системах имеется два канала регулирования: канал регулирования по отклонению и канал регулирования по возмущению (рис. 5.5). В каждом канале имеется свой регулятор. Естественно, конструкция комбинированных систем сложнее, а стоимость выше.

Рис. 5.5. Комбинированная система управления