Принцип комбинированного управления. Пример комбинированной системы и ее анализ в статическом режиме

В технике широко применяют САУ с принципом комбинированного управления, сочетающим принципы управления по отклонению и по возмущению — комбинированные системы. В комбинированных системах принцип управления по отклонению реализуется с помощью главной обратной связи, а принцип управления по возмущению — с помощью компенсационных связей. Если наиболее существенная ошибка вызывается возмущающим воздействием то вводится связь по этому возмущению СВ (рис. 1.11,а), если же такая ошибка получается из-за изменения задающего воздействия то связь по задающему воздействию СЗВ (рис. 1.11, б). В первом случае алгоритм управления имеет вид т. е. управляющее

Рис. 1.11. Функциональные схемы комбинированных САУ со связью по возмущению (а) и со связью по задающему воздействию (б).

воздействие является функцией отклонения и возмущающего воздействия. Во втором случае т. е. управляющее воздействие получается в результате преобразования отклонения и задающего воздействия. В общем случае в системе возможны компенсационные связи как по возмущающему, так и по задающему воздействиям, когда для формирования управляющего воздействия используется отклонение, возмущающее и задающее воздействия:

В комбинированных системах компенсационная связь по основному возмущению (задающему воздействию) устраняет составляющую ошибки, вызываемую этим возмущением (изменением задающего воздействия), а в результате действия обратной связи уменьшаются ошибки, вызываемые второстепенными возмущающими воздействиями, по которым нет компенсационных связей. Если с помощью компенсационных связей не полностью устраняются ошибки, вызываемые основными возмущающими (задающими) воздействиями, то остаточные ошибки также уменьшаются с помощью обратной связи.

Основы теории и методы построения комбинированных систем автоматического управления разработаны советскими учеными В. С. Кулебакиным, А. Г. Ивахненко, Б. Н. Петровым, А. И. Кухтенко, Г. М. Улановым и др..

Рис. 1.12. Упрощенная принципиальная схема системы автоматического управления частотой вращения электродвигателя с принципом комбинированного управления.

Примером комбинированной системы является система автоматического управления частотой вращения электродвигателя (рис. 1.12). В этой системе компенсационная связь по основному возмущающему воздействию (моменту - нагрузки осуществляется компенсационной обмоткой а обратная связь с помощью тахогенератора BR.

Найдем зависимость в установившемся режиме, для чего запишем уравнения элементов системы:

компенсационной связи (напряжение, выделяющееся на компенсационной обмотке

элемента сравнения ;

схемы суммирования

электродвигателя тахогенератора

Исключая из этих уравнений промежуточные переменные получаем искомую зависимость

где

— коэффициент усиления замкнутой части системы в разомкнутом состоянии.

Отклонение управляемой величины от требуемого значения составит:

Из формулы (1.8) следует, что Изменяя можно изменять у и соответственно наклон статической характеристики системы, отклонение Прн соответствующем выборе коэффициента компенсационной связи 10 значение коэффициента у может быть уменьшено до нуля. При этом полностью компенсируется влияние Мн на в установившемся режиме. Значение для этого случая находится условия компенсации в установившемся режиме:

Статическая характеристика системы при представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс. Как и в системах с принципом управления по возмущению, в комбинированных системах имеется возможность перекомпенсацнн возмущающего воздействия. В рассматриваемой системе перекомпенсация влияния нагрузки возможна, если

При изменении параметров системы неточном их определении условие компенсации (1.10) нарушается и связь по возмущению не будет уже

полностью устранять ошибку в установившемся режиме, вызываемую этим возмущением. Однако в отличие от системы с принципом управления по возмущению (рис. 1.6, б), в которой недокомпенсированная часть ошибки Мн (см. формулу не уменьшается, в комбинированной системе эта остаточная ошибка в соответствии с выражением (1.9) уменьшается еще в раз благодаря действию обратной связи:

Отклонения, вызываемые возмущающими воздействиями (изменением задающего воздействия), по которым нет компенсационных связей, в комбинированной системе также будут уменьшаться в раз за счет замкнутой ее части. В этом можно убедиться, если, например, в выражении (1.9) для отклонения, вызываемого нагрузкой, принять 10 — 0, что означает отсутствие компенсационной связи по этому возмущающему воздействию.

В рассматриваемом примере напряжение на входе двигателя т. е. управляющее воздействие, является суммой величин, пропорциональных отклонению и возмущающему воздействию. При таком алгоритме управления, как убедились, может полностью устраняться ошибка, вызываемая основным возмущающим воздействием, и уменьшаются в раз ошибки, вызываемые второстепенными возмущающими воздействиями только в установившемся режиме при Чтобы получить более высокую точность системы и при изменяющемся управляющее воздействие должно быть более сложной функцией возмущающего воздействия и ошибки, учитывающей динамические характеристики элементов системы.

Характеристика САУ с принципом комбинированного управления. Для формирования управляющего воздействия в комбинированных системах используется как непосредственная информация об основных возмущающих воздействиях (изменении задающего воздействия), так и отклонение управляемой величины от требуемого значения, вызываемое всеми возмущающими воздействиями (изменением задающего воздействия). Благодаря этому:

1) в комбинированных системах с помощью компенсационных связей возможно достижение полной компенсации ошибок, вызываемых основными возмущающими и задающим воздействиями (возможно достижение инвариантности);

2) наряду с возможностью полной компенсации ошибок, вызываемых основными воздействиями, в комбинированных системах с помощью обратной связи уменьшаются ошибки, вызываемые второстепенными возмущающими воздействиями, по которым нет компенсационных связей, а также недокомпенсированные ошибки от основных воздействий;

3) при нарушении условий компенсации возмущающего воздействия возникающая ошибка уменьшается замкнутой системой (см. формулу (1.9)), т. е. комбинированные системы менее чувствительны к изменениям параметров разомкнутых каналов, чем разомкнутые САУ;

4) благодаря наличию разомкнутых компенсационных каналов в комбинированных системах не так остро стоит проблема устойчивости, как в замкнутых САУ.

Таким образом, комбинированные САУ являются наиболее совершенными системами, обладающими высокой точностью управления.

На рассмотренных принципах строятся не только технические системы автоматического управления, но также и системы управления

в обществе и регуляционные системы в живых организмах. Поэтому методы исследования технических систем автоматического управления в определенной мере могут быть использованы для исследования систем управления в обществу и живой природе.