Понятие регулирования

Основные понятия об управлении, регулировании

Управлением называется организация совокупности операций, обеспечивающих достижение поставленной цели и предполагающих тесное взаимодействие между объектом управления (ОУ) и управляющим устройством (УУ). УУ также называют управляющим органом.

Цели управления могут быть разнообразными: осуществление кинопоказа, транспортирование киноленты киносъёмочной камеры с заданной постоянной скоростью.

ОУ могут быть разными: кинопроектор, видеокамера, цех, завод etc.

В качестве УУ могут выступать человек, техническое устройство.

Система, в которой осуществляется процесс управления, называется системой управления.

Для изучения, проектирования, эксплуатации, исследования СУ учёные придумали три группы переменных (функции времени), связанных с функционированием ОУ:

1) Управляемые переменные.

y₁(t), y₂(t), … , y_m(t)

2) Возмущающие воздействия.

f₁(t), f₂(t), … , f_n(t)

3) Управляющие воздействия

U₁(t), U₂(t),…,U_k(t)

Управляемые переменные характеризуют текущее состояние ОУ или его поведение во времени.

Управляемые переменные – яркость экрана, скорость транспортирования ленты, уровень громкости.

Возмущение характеризует взаимодействие ОУ с внешней средой. К возмущению относятся воздействия, на которые нельзя или нецелесообразно влиять. К возмущению относят температуру, влажность, напряжение нестабилизированных источников питания, момент нагрузки на валу двигателя, изменяющийся диаметр рулона киноленты.

Возмущение влияет на ОУ и отклоняет его от желаемого или требуемого состояния.

Управляющие воздействия оказывают целенаправленное воздействие на ОУ, чтобы его состояние соответствовало желаемому.

Теория управления – кибернетика (Норберт Винер).

Часто бывает (при сложных процессах), что желаемое состояние ОУ в разное время неизвестно, и приходится заниматься определением значений требуемых переменных.

К основным операциям управления относятся:

- определение требуемых значений управляемых переменных на основе цепей управления (планирование, программирование);

- получение информации о текущем состоянии ОУ (контроль);

- определение таких значений управляющих воздействий U₁, U₂, на основе результатов первых двух операций, которые бы обеспечивали достижение поставленной цели (принятие решений);

- обеспечение новых значений управляющих воздействий на основе осуществления третьей операции (исполнение принятого решения).

Изобразим структурную схему системы автоматического управления.

ПР - программатор, служит для выработки программ управления.

ИУ – исполнительное устройство

ДВ – датчик возмущения

ДУП – датчик управляемой переменной

U_k^* – сигнал на выходе УУ.

ПР выполняет пункт 1.

ИУ выполняет пункт 4.

Д выполняет пункт 2. С инженерной точки зрения, датчики осуществляют преобразование одной физической величины в другую, более удобную для передачи.

УУ выполняет пункт 3.

УУ строятся на основе микроконтроллера.

Если часть операций управления возлагается на человека, а часть на технические средства, то такую систему называют автоматизированной системой управления (АСУ).

Понятие регулирования

Регулирование – изменение во времени физической величины по требуемому закону в установившемся режиме, который наступает после окончания переходного процесса, связанного с введением в работу объекта управления (ОУ). Но также надо иметь в виду, что обеспечение постоянства физической величины рассматривается как частный случай изменения.

В систему регулирования не входит ПР. Регулирование – это частный случай управления, когда целью является изменение этой величины по заданному закону.

Теория регулирования (ОР, РУ и т.п.).

11.09.2012

Требуемый закон – это функция времени y_тр(t). Например, регулируемая величина – угловая скорость вала двигателя видеомагнитофона Ω. Например, требуется Ω_тр = 100 рад/c = const; частота съёмки киносъёмочной камеры ν_тр(t) = ν₀ +at (для замедления движения); какое-то устройство надо проверить на механическую тряску, перемещение по вертикальной платформы S_тр(t) = S_max*cos(2*pi*f_{платформы}*t). Ещё бывает, чтобы какая-нибудь величина изменялась в зависимости не от времени, а, например, от диаметра рулона.

Установившийся режим:

Из определения регулирования вытекает, что САР должна быть в первую очередь очень точной. Точность работы САР обычно оценивают по установившейся ошибке регулирования x₁(t) – разности между требуемым значением регулируемой величины и текущим значением в установившемся режиме:

(sic!)

Из рисунка 1: 1: x_у(t) = 0; 2: x_у(t) = const; 3: x_у(t) ≠ const.

Установившаяся ошибка – это основной показатель качества работы САР. Она количественно характеризует это качество. Указывается в паспортных данных (обычно).

Из определения вытекает, что требуемый закон должен быть задан. В задачу системы регулирования эта задача не входит, программатора нет в составе системы. На практике этот закон y_тр(t) уже закладывается при проектировании. Это программа регулирования. Если их несколько, то оператор (человек) должен эту программу выбрать.

Изобразим структурную схему САР.

ЗЭ – задающий элемент, проектируется.

РУ – регулирующее устройство.

ИУ – исполнительное устройство.

РО – регулируемый орган.

ОР – объект регулирования.

ДРВ – датчик регулируемой величины.

18.09.2012

Для системы САР рассматривают ещё дополнительные показатели качества, которые характеризуют её работу в установившемся режиме, который наступает после включения системы. К ним относятся:

- время переходного процесса t_п;

- перерегулирование σ.

Для нахождения численных значений этих критериев на вход системы (т.е. на выходе задающего элемента) формируется ступенчатое воздействие (какое-то число, умноженное на единичную ступенчатую функцию). Изобразим график:

Теоретически время переходного процесса равно бесконечности.

Пусть поведение рассматриваемой системы изменяется по следующему закону:

(2)

Практически за время переходного процесса принимают время от начала переходного процесса до момента, когда отклонение y(t)-y_уст по модулю меньше Δ.

Перерегулирование σ – это относительное превышение максимальным значением регулируемой величины y_max установившегося значения y_у.

Для хороших САР требуется, чтобы регулирование находилось в диапазоне от 10% до 30%.