Принцип обратной связи. Регулирование по отклонению.

Систему можно построить и так, чтобы точность выполнения алгоритма функционирования обеспечивалась и без измерения возмущений. На рис. 1.2, в показана схема, в которой коррективы в алгоритм управления вносятся по фактическому значению координат в системе. Для этой цели в конструкцию системы вводят дополнительную связью, в которую могут входить элементы для измерения х и для выработки корректирующих воздействий на управляющее устройство. Схема имеет вид замкнутой цепи, что дало основание назвать осуществляемый в ней принцип принципом управления по замкнутому контуру. Введенную дополнительную цепь называют цепью обратной связи, так как направление передачи воздействий в дополнительной связи обратно направлению передачи основного воздействия на объект.

Схема, изображенная на рис. 1.2, в, представляет собой наиболее общий вид замкнутых систем. По такой схеме строят, например, многие преобразовательные и счетно-решающие элементы. В управлении же наиболее широко распространен частный вид замкнутых систем, в которых коррекцию алгоритма управления осуществляют не непосредственно по значениям координат х, а по их отклонениям от значений, определяемым алгоритмом функционирования

Схема, реализующая эту разновидность управления с обратной связью, показана на рис. 1.2, г, в которой: элемент 1 задает алгоритм функционирования, а элемент сравнения — сумматор 2 — осуществляет вычитание х из т. е. вырабатывает величину называемую отклонением или ошибкой управления. Часто оказывается целесообразным вырабатывать управляющее воздействие в функции не только но также его производных и интегралов по времени:

Функция должна быть неубывающей функцией Да: и одного с ней знака. Относительно других аргументов ее знак определяется из анализа.

Рис. 1.4

Управление в функции отклонения при упомянутых требованиях к функции называют регулированием. Управляющее устройство в этом случае называют автоматическим регулятором. Объект 3 и регулятор 2 (см. рис. 1.2, г) образуют замкнутую систему, называемую системой автоматического регулирования Регулятор, вырабатывающий управляющее воздействие и в соответствии с алгоритмом управления (1.3), образует по отношению к выходу объекта отрицательную связь, поскольку знак как следует из (1.3), обратен знаку х. Обратную связь, образуемую регулятором, называют главной обратной связью. Кроме нее внутри регулятора могут быть и другие местные обратные связи.

Если регулируется несколько величин посредством нескольких управлений т. е. если — векторы, соответствующие стрелки изображают двойными линиями (см. рис. 1.1, б).

Пример системы автоматического регулирования напряжения генератора постоянного тока показан на рис. 1.4. С делителя напряжения снимается напряжение пропорциональное регулируемому напряжению Оно сравнивается с напряжением эталонной батареи. Разность подается на вход усилителя У» к выходу которого подключен якорь двигателя постоянного тока Двигатель приводит в движение регулирующий орган — реостат, включенный в цепь обмотки возбуждения генератора. При увеличении сверх заданного значения двигатель переместит ползунок реостата так, чтобы сопротивление реостата увеличилось и напряжение, подводимое к уменьшилось. Следствием будет уменьшение регулируемого напряжения.

В данной схеме мощности сигнала оказывается недостаточно для непосредственного управления током возбуждения, поэтому и использован усилитель У. Такие системы называют системами непрямого регулирования. В маломощных системах иногда можно применить прямое регулирование, управляя исполнительным органом непосредственно от сигнала ошибки.

Принцип обратной связи широко распространен не только в технике, но и в процессах управления, осуществляемых в Живых организмах (системы регуляции различных функций — температуры, ритма кровообращения и др.). В управлении общественными организациями этот принцип реализуется в виде проверки исполнения принятых решений и распоряжений, играющих роль управляющих воздействий.

В ряде случаев эффективно применение комбинированного регулирования по возмущению и отклонению (см. рис. 1.2, 5), например компаундирование с коррекцией мощных синхронных генераторов. Комбинированные регуляторы объединяют достоинства обоих принципов — быстроту реакции на изменение возмущений и точное регулирование независимо от того, какая причина вызвала отклонение.