Общие принципы управления и регулирования

Работа автоматических систем основывается на общих принципах. Принцип автоматического управления или регулирования определяет, как и на основе какой информации осуществить регулирование.

Разомкнутые системы работают по принципу передачи команд, или, иначе, по жесткой программе. В этом случае информация о состоянии объекта на вход системы не поступает и управление обеспечивает последовательность заранее заданных воздействий, включение приводов механизмов или самостоятельных систем. Если в таких системах после выполнения каждой команды поступает информация в управляющее устройство и разрешает переход к следующей операции, то их называют системами с путевым контролем. Металлообработка чаще всего связана с перемещением рабочего инструмента или деталей, поэтому информация о переходе в заданную точку передается с помощью путевых выключателей любой конструкции. Отдельные операции могут задаваться и с помощью временных интервалов.

Если работа САР заключается в том, что возмущение компенсируется изменением регулирующего воздействия, то такой принцип регулирования называется принципом компенсации возмущения или регулированием по возмущению. Для реализации этого принципа необходимо измерить возмущающее воздействие и создать такое регулирующее воздействие, чтобы регулируемая величина изменялась бы по требуемому закону или, в частном случае, была бы постоянной. Схема САР, работающая по этому принципу, показана на рис. 9. Такая система обеспечивает независимость регулируемой величины (инвариантность) от возмущающего воздействия F.

Примером САР, работающим по принципу компенсации возмущения, является сварочный генератор со смешанным возбуждением. В этом генераторе обеспечивается инвариантность напряжения генератора U_н от тока в нагрузке R_H. Согласное включение последовательной обмотки W₂ с независимой W₁ позволяет добиться требуемой инвариантности, т. к. изменение тока в нагрузке приводит к изменению магнитного потока Ф₂ и изменению напряжения на нагрузке в сторону уменьшения рассогласования (рис. 10, б).

а) б)

Рис. 10. Схема генератора смешанного возбуждения (а) и его характеристика (б)

Достоинством такого регулирования является высокая точность и быстродействие. Однако если в генераторе (рис. 10, а) изменится напряжение питания независимой обмотки W₁, то такое возмущение не будет компенсировано и для нормальной работы будет необходим еще один регулятор – стабилизатор напряжения, что и делается на практике. Таким образом, недостатком САР, работающих по этому принципу, является то, что инвариантность достигается только для одного возмущающего воздействия. Наличие других приводит к тому, что задача регулирования не выполняется. Создание отдельного регулятора для каждого возмущения усложняет систему, поэтому такое регулирование применяют в том случае, когда можно выделить одно главное возмущение, а остальным пренебречь. В таких системах регулирующее воздействие зависит только от возмущения μ=f(F), и они являются разомкнутыми, т. к. информация о состоянии объекта y(t) в системе отсутствует.

В замкнутых системах реализуется принцип регулирования по отклонению (по ошибке). Для реализации этого принципа регулируемая величина с помощью отрицательной обратной связи сравнивается с заданным значением и в зависимости от величины и знака ошибки вырабатывается такое регулирующее воздействие, которое сводило бы ∆y = g(t)–y(t) к нулю. Принцип управления по отклонению иногда называют принципом обратной связи. Этот принцип является универсальным и эффективным, т. к. позволяет осуществлять регулирование объекта независимо от того, какими причинами вызвано отклонение регулируемой величины. Недостатком принципа является относительно невысокое быстродействие и точность, а кроме этого, такие системы склонны к колебаниям. Структурная схема такой системы показана на рис. 4.

Объединение принципов регулирования по отклонению и по возмущению увеличивает точность и быстродействие. Такой принцип называется принципом комбинированного регулирования. В этом случае главное возмущение устраняется по принципу регулирования по возмущению, а влияние других возмущений ликвидируется регулированием по ошибке. Структурная схема такой системы показана на рис. 11.

Рис. 11. Структурная схема системы с принципом комбинированного
регулирования