Принцип обратной связи.

Наибольшее распространение в технике получил принцип обратной связи (рис.7). Здесь управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). И уже не важно, какие возмущения действуют на ОУ. Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Связь выхода ОУ с его входом называется главной обратной связью (ОС).

В частном случае (рис.8) ЗУ формирует требуемое значение выходной величины y_о(t), которое сравнивается с действительным значением на выходе САУ y(t). Отклонение e = y_о-y с выхода сравнивающего устройства подается на вход регулятора Р, объединяющего в себе УУ, УО, ЧЭ.Если e 0, то регулятор формирует управляющее воздействие u(t), действующее до тех пор, пока не обеспечится равенство e = 0, или y = y_о. Так как на регулятор подается разность сигналов, то такая обратная связь называется отрицательной, в отличие от положительной обратной связи, когда сигналы складываются.

Такое управление в функции отклонения называется регулированием, а подобную САУ называют системой автоматического регулирования (САР). Так на рис.9 изображена упрощенная схема САР печи. Роль ЗУ здесь выполняет потенциометр, напряжение на котором U_з сравнивается с напряжением на термопаре U_т. Их разность U через усилитель подается на исполнительный двигатель ИД, регулирующий через редуктор положение движка реостата в цепи НЭ. Наличие усилителя говорит о том, что данная САР является системой непрямого регулирования, так как энергия для функций управления берется от посторонних источников питания, в отличие от систем прямого регулирования, в которых энергия берется непосредственно от ОУ, как, например, в САР уровня воды в баке (рис.10).

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

По принципу регулирования различают системы разомкнутые, замкнутые и комбинированные.

В разомкнутых системах требуемое изменение выходной величины регулируется путем преобразования управляющего воздействия. В них отсутствует связь между выходом объекта и входом управляющего устройства.

F=f(t)

По характеру управления во времени различают системы непрерывного и дискретного действия.

Непрерывная система состоит из звеньев, выходная величина которых изменяется плавно (без скачков) пои плавном изменении входного воздействия.

Под звеном дискретного действия понимается звено, у которого выходная величина изменяется скачком при плавном изменении входного воздействия.

По характеру параметров – системы стационарные и нестационарные.

Стационарной называется система, все параметры которой не изменяются во времени.

Нестационарная система – это система с переменными во времени параметрами. При математическом описании такой системы некоторые коэффициенты являются функциями времени. В качестве примера нестационарной системы можно привести самолет. В полете по мере расхода горючего масса самолета уменьшается.

По количеству регулируемых величин – одномерные и многомерные САУ.

Разделение на данном уровне классификации производится по числу выходных координат объекта управления.

Источник постоянного тока – одномерная система (Y=U);

источник переменного тока – двухмерная система (Y₁=f; Y₂=U);

радиолокатор – трехмерная система (дальность, азимут, угол места).

По цели регулирования – системы стабилизации, программного управления и следящие.

Системы стабилизации, или автоматического регулирования, характеризуются неизменностью задающего воздействия G=g(t)=const. Задача таких систем – поддержание с допустимой ошибкой выходной величины при наличии возмущающих воздействий (скорость вращения вала двигателя, температура, напряжение).

Системы программного управления отличаются тем, что задающее воздействие изменяется по заранее установленному закону.

В следящих системах задающее воздействие также является величиной переменной, но заранее закон её изменения неизвестен (системы телеуправления).

Режим работы САУ, в котором управляемая величина и все промежуточные величины не изменяются во времени, называется установившимся, или статическим режимом. Любое звено и САУ в целом в данном режиме описывается уравнениями статики вида y = F(u,f), в которых отсутствует время t. Соответствующие им графики называются статическими характеристиками. Статическая характеристика звена с одним входом u может быть представлена кривой y = F(u)

Звенья, для которых можно задать статическую характеристику в виде жесткой функциональной зависимости выходной величины от входной, называются статическими. Если такая связь отсутствует и каждому значению входной величины соответствует множество значений выходной величины, то такое звено называется астатическим. Изображать его статическую характеристику бессмысленно. Примером астатического звена может служить двигатель, входной величиной которого является напряжение U, а выходной - угол поворота вала , величина которого при U = const может принимать любые значения. Выходная величина астатического звена даже в установившемся режиме является функцией времени.