Принципы автоматического регулирования

1.2.3. Принцип обратной связи. Регулирование по отклонению

Зачастую
исчерпывающая и достоверная информация
о свойствах объекта управления ОУ и
характере (величине) возмущений
отсутствует, и разомкнутые САУ оказываются
неэффективными. В этих случаях строят
замкнутые САУ с обратной связью (ОС). В
простейшем случае они состоят из объекта
управления, регулятора, измерительного
элемента и элемента сравнения (ЭС) (рис.
1.8).

Рисунок
1.8

Данная
САУ отличается от предыдущих дополнительной
связью: измерительный элемент ИЭ
формирует сигнал
,
пропорциональный выходной величине(в частном случае).
Сигналподается на элемент сравнения ЭС, который
формируетсигнал
рассогласования (сигнал ошибки)

(1.17)

между
задающим воздействием
и выходной величиной.

Так
как направление передачи сигнала
в дополнительной связи обратно направлению
передачи основного (управляющего)
воздействия на объект управления,
дополнительную цепь называютцепью
обратной связи ОС.
Различают отрицательную обратную связь
ООС и положительную обратную связь ПОС.
Отрицательная ОС действует в сторону
уменьшения отклонения выходных величин
от их заданных значений; положительная
ОС, наоборот, в сторону увеличения
отклонений. В подавляющем большинстве
случаев в САУ используется ООС.

Сигнал
ошибки (отклонение) подается на регулятор,
который формирует управляющее воздействие
.
Таким образом, в замкнутой САУ управляющее
воздействие формируется не только в
зависимости от задающего, как в разомкнутых
САУ, но и от состояния объекта и наличия
возмущений. Точнее, величинаопределяется отклонением выходной
величины от заданного значения.

Поэтому
принцип ОС позволяет успешно решать
задачу управления, несмотря на некоторую
количественную неопределенность или
неточность в принятой проектировщиком
математической модели объекта управления,
а также в сведениях о возмущениях.

Отметим,
что САУ с обратной связью принципиально
являются инерционными: сначала возмущение
должно проявиться в выходной величине
и только после этого регулятор сформирует
управляющее воздействие, направленное
на устранение отклонения.

Математическая
форма преобразования ошибки регулирования
в управляющее воздействие называется
законом
управления
(регулирования)

.
(1.18)

В
простейшем случае
,
где k = const.

Для
увеличения точности и быстродействия
САУ в закон управления могут быть введены
производные и интеграл от ошибки

.
(1.19)

В
более сложных случаях реализуются
нелинейные законы управления. Таким
образом, регулятор может рассматриваться
как некоторое вычислительное устройство.

Название
закону управления (регулятору)
часто даётся по виду реализуемой
математической операции.

Пропорциональный
регулятор
(или П-
регулятор):

,
(1.20)

где
k = const.

Интегральный
регулятор
(или И-
регулятор):

,
(1.21)

где
=
const.

Пропорционально-
интегральный регулятор
(или ПИ-регулятор):

,
(1.22)

где
.

Пропорционально-интегрально-дифференциальный
регулятор (или
ПИД-регулятор):

,
(1.23)

где
.

3.2 Регулирование по возмущению

Схема
САР, которая работает по принципу
отклонения, называемому также принципом
Понселе, приведена на рис. 2.3.

Рис.
2.3 Схема принципа регулирования по
возмущению.

Регулирование
по возмущению заключается в следующем:

Датчик
нагрузки объекта регулирования ДН
измеряет нагрузку объекта. Сиг
нал на
его выходе F_д
соответствует действительной нагрузке
F.
Регулятор по
сигналу F_д

изменяет регулировочное воздействие
G,
т.о. чтобы значение регулируемой величины
Х оставалось постоянной. Например, при
регулировании по возмущению давления
пара в котле на 50% должно вызвать
увеличение регулятором расходы топлива
в котёл на 50 %.

Работа
САР по принципу регулирования по
возмущению показана на рис. 2.4.

Рис.
2.4 Работа САР по принципу регулирования
по возмущению.

Теоретически
регулирующееное воздействие изменяется
одновременно с изменением нагрузки (G₁
– теоретическое изменение регулирующего
воздействия), и регулируемая величина
при этом должна оставаться постоянной.

Особенности
регулирования по возмущению:

Данный
принцип реализуется с помощью разомкнутых
систем. Поэтому проблема устойчивости
здесь отсутствует.

Регулятор
формирует регулирующее воздействие
одновременно с изменением возмущения,
что теоретически позволяет регулировать
без ошибки (линии G₁
и X₁
на рис. 2.4).

Регулятор
реагирует только на измеряемые возмущения.

Измерение
возмущений требует исполнение более
сложных технических средств, чем
измерение регулируемых величин.

Применение
данного способа требует точного учёта
характеристик объекта и регулирующих
органов, что на практике не достижимо.

Это
может вызвать недопустимую ошибку
регулирования (линии G₂
и X₂
на рис. 2.4). По этим причинам регулирование
по возмущению на судах не применяется.

1.3. Основные законы управления

Если вернуться к последнему рисунку (структурная схема САУ на рис. 1.2.3), то необходимо “расшифровать” роль, которую играет усилительно-преобразующее устройство (какие функции оно выполняет).

Если усилительно-преобразующее устройство (УПУ) выполняет только усиление (или ослабление) сигнала рассогласования ε(t), а именно: , где – коэффициент пропорциональности (в частном случае = Const), то такой режим управления замкнутой САУ называется режимом пропорционального управления (П-управление).

Если УПУ выполняет формирование выходного сигнала ε1(t), пропорционального ошибке ε(t) и интегралу от ε(t), т.е. , то такой режим управления называется пропорционально-интегрирующим (ПИ-управление). ==> , где b – коэффициент пропорциональности (в частном случае b = Const).

Обычно ПИ-управление используется для повышения точности управления (регулирования).

Если УПУ формирует выходной сигнал ε₁(t), пропорциональный ошибке ε(t) и ее производной, то такой режим называется пропорционально-дифференцирующим (ПД-управление): ==>

Обычно использование ПД-управления повышает быстродействие САУ

Если УПУ формирует выходной сигнал ε₁(t), пропорциональный ошибке ε(t), ее производной, и интегралу от ошибки ==> , то такой режим называетсято такой режим управления называется пропорционально-интегрально-дифференцирующим режимом управления (ПИД-управление).

ПИД-управление позволяет зачастую обеспечить “хорошую” точность управления при “хорошем” быстродействии

1.5.2 Принцип компенсации возмущений (управление по возмущению)

Для
повышения точности управления можно,
измерив возмущения, ввести по результатам
измерения коррективы в алгоритм
управления, которые компенсировали бы
вызываемые возмущениями отклонения
алгоритма функционирования. На рис.
1.12 изображена функциональная схема
системы управления по возмущению.

Рис.
1.12.Функциональная схема системы
управления по возмущению

О –
объект; К – компенсирующее устройство

Цепь,
по которой осуществляется управляющее
воздействие в функции возмущения,
называют компенсирующей цепью. При
наличии нескольких возмущающих
воздействий управляющее устройство
(регулятор) должен иметь компенсирующие
цепи по каждому из этих возмущений,
чтобы обеспечить поддержание выходной
переменной на заданном уровне. Но при
этом усложнится конструкция управляющего
устройства (регулятора) и потребуется
большое количество разнообразных
элементов.

Системы
управления (регулирования) по возмущению
в сравнении с системами, действующими
по отклонению, отличаются обычно бόльшими
устойчивостью и быстродействием. К их
недостаткам относятся трудность
измерения возмущений, неполный учет
возмущений.

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной

4.3. Составление уравнений на основе типовых звеньев

Нахождение основных уравнений системы
автоматического регулирования (4.14) и
(4.15) во многих случаях может быть
значительно облегчено использованием
понятия динамических звеньев. Динамические
звенья были подробно рассмотрены в
разд. 3.

Часто систему автоматического
регулирования можно разбить на комбинацию
динамических звеньев с определенными
«типовыми» передаточными функциями.
Эти звенья могут соединяться друг с
другом различным образом. Наиболее
часто встречаются следующие соединения
звеньев.

1. Последовательное соединение
звеньев (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Последовательное
соединение звеньев

В этом случае результирующая передаточная
функция равна произведению передаточных
функций отдельных звеньев

. (4.23)

Следует подчеркнуть, что это правило
будет справедливым только в том случае,
когда соединение выхода предыдущего
звена с входом последующего не меняет
исходных уравнений каждого звена и,
следовательно, его передаточной функции.

Если при соединении двух звеньев
наблюдается влияние одного звена на
другое, в результате которого меняются
исходные уравнения какого-то звена, то
такое соединение двух звеньев должно
рассматриваться как новое самостоятельное
звено со своей передаточной функцией.

2. Параллельное соединение звеньев(рис. 4.3).

Т

Рис. 4.3. Параллельное
соединение звеньев

Рис. 4.4. Локальная
обратная связь

ак как сигналы на выходе всех звеньев
складываются, то результирующая
передаточная функция в этом случае
равна сумме передаточных функций

. (4.24)

Для этого правила остаются справедливыми
замечания, сделанные ранее относительно
взаимного влияния звеньев.

3. Обратные связи(рис. 4.4).

Обратная связь может быть положительной,
если сигнал х₃с выхода второго звена суммируется с
сигналом х₁на выходе первого звена, и отрицательной,
если он вычитается.

Для нахождения результирующей передаточной
функции такой комбинации звеньев запишем
следующие соотношения:

, (4.25)

где знак плюс относится к положительной,
а знак минус – к отрицательной обратной
связи. Решая эти уравнения совместно,
имеем

. (4.26)

Здесь знак минус относится к положительной,
а знак плюс – к отрицательной обратной
связи.

При использовании понятия динамических
звеньев обычно наиболее просто находится
передаточная функция разомкнутой
системы (см. рис. 4.1). Затем по ранее
рассмотренным правилам легко находится
уравнение системы автоматического
регулирования.

При анализе для системы автоматического
регулирования необходимо составить
так называемую структурную схему(рис. 4.5), представляющую собой совокупность
динамических звеньев и связи между
ними.

Рис. 4.5. Пример
структурной схемы САР

Такая структурная схема часто является
весьма простой и её составление не
представляет особого труда. Однако в
некоторых случаях составление структурной
схемы сопряжено с большими трудностями
и может быть сделано только на основе
детального анализа исходных дифференциальных
уравнений системы регулирования. В этом
случае структурная схема не облегчает
нахождения основных уравнений системы,
но и здесь она остается весьма ценной,
так как на ней в наглядной форме
представлены все узлы исследуемой
системы и все существующие между ними
связи. Это может оказаться полезным во
всех дальнейших исследованиях.

На рис. 4.5 изображен пример системы
автоматического регулирования
(структурная схема). Передаточная функция
разомкнутой системы в случае размыкания
обратной связи будет иметь вид:

.
(4.27)

Для нахождения передаточной функции
разомкнутой системы можно разомкнуть
систему в другом месте, например в точках
а, b, с или d.

После получения передаточной функции
разомкнутой системы по выражению (4.16)
получают передаточную функцию замкнутой
системы, а по формулам (4.14) или (4.15) –
дифференциальные уравнения САР.

Переменные коэффициенты передачи

Применение современных методов автоматического регулирования нужно начинать с повышения производительности одноконтурной системы, решая возникающие проблемы без изменения основной структуры системы.

Рис. 2. Простейшая система с обратной связью

Решить проблемы нелинейности измерений и преобразований можно добавив компенсирующие нелинейности, которые сделают общий коэффициент передачи постоянными. С помощью этого хорошо известного, но часто чересчур трудоемкого способа можно повысить устойчивость многих систем.

Рис. 3. Простейшая система с упреждающим управлением

Для решения проблем, связанных с изменяющимися коэффициентами передачи, существует несколько других методов. Простейший из них – подстройка контроллера для получения максимально возможного коэффициента передачи процесса. Таким образом, достигается устойчивость обратной связи ценой увеличения времени отклика при небольших коэффициентах передачи процесса.

• Корректировка коэффициентов передачи по определенному закону: практически каждый алгоритм динамической системы управления позволяет задавать параметры контроллера как функции каких-либо переменных. Для реактора относительный диапазон контроллера температуры можно изменять обратно пропорционально скорости потока.

• Нелинейная компенсация коэффициентов передачи: многие динамические системы управления обладают стандартной нелинейной функцией, определяющей погрешность цикла. Эту возможность часто используют при контроле уровня pH, поскольку его изменение очень нелинейно при варьировании потоков реагентов. Иногда она используется при контроле уровня жидкости, чтобы компенсировать геометрию сосуда.

• Самонастраивающиеся контроллеры: функцией самонастройки обладает большинство современных систем. Управляющий алгоритм оценивает текущую производительность контроллера и изменяет его параметры, чтобы достичь желаемой переходной характеристики. Это достаточно сложная задача. Преобразовательному модулю приходится учитывать то, что текущее состояние – это результат вносимых им изменений. В результате, алгоритм может ошибаться при наличии в контуре периодических колебаний, появившихся в результате взаимодействия других переменных. Например, любые продолжительные колебания скорости потока приводят к колебаниям температуры с той же частотой. Самонастраивающийся контроллер будет безуспешно пытаться устранить колебания температуры, перенастраивая свои параметры, что приведет к ухудшению терморегуляции. Поэтому самонастраивающиеся контроллеры должны использоваться под непосредственным контролем и не должны оставаться без присмотра длительное время.

Практически все системы управления подвержены изменениям, влияющим на их коэффициенты передачи и устойчивость. С этой точки зрения любую систему характеризует показатель устойчивости, который равен величине малейшего изменения любого из параметров, вызывающего длительные незатухающие колебания в системе.

Вообще, одной из основных задач современных систем управления является высокая устойчивость, которая достигается путем компенсирования и преодоления факторов, вызывающих изменения коэффициентов передачи.

Основные принципы регулирования. Принцип компенсации (регу­лирование по возмущению)

В основе алгоритма
упр-ния заложены 3 фундаментальных
принципа:1) Принцип разомкнутого
управления;

2) Принцип обратной
связи;

3) Принцип компенсации
(регулирование по возмущению):

_f= F(g,f)

g
= F₁(f)
_f= 0 – в
установившемся режиме по принципу
компенсации (отклонение должно
отсутствовать)

При сравнении
системы регулирования по возмущению с
системой управления, то 1-ая отличается
большей устойчивостью и быстродействием
от 2-ой системы. Недостаток: возможно
компенсировать только те возмущения,
которые мы можем измерить. Не сможем
измерить, значит не сможем компенсировать.
Если возмущений множество, то возникает
сложная технологическая схема для
компенсации. Поэтому весьма эффективно
во многих объектах применение
комбинированного
управления (1-ое+2-ое).
Пример: управление генераторами на
эл/станции.

5.3. Принцип регулирования по отклонению (принцип Ползувова-Уатта)

Достоинства:

1) Уменьшает
отклонение регулируемой величины не
зависимо от факторов вызвавших это
отклонение.

2) Менее чувствителен
к изменениям параметров элементов
системы по сравнению с разомкнутыми
системами.

Недостатки:

1) В простых
одноконтурных системах нельзя достичь
абсолютной инверсности.

2) Возникает проблема
устойчивости.

Управляющее
(регулирующее) воздействие вырабатывается
на основании разности регулируемой и
задаваемой величин. Единственным образом
заданная связь называется главной.
Регулируемый параметр через главную
обратную связь подается на вход регулятора
с обратным знаком по отношению к q(t).
Поэтому главная связь считается
отрицательной.

Отрицательная
черта замкнутой системы ее универсальность.
Любое отклонение регулируемого параметра
от заданного значения вызывает появление
управляющего воздействия независимо
от числа, вида и места приложения
возмущений.

В системах,
работающих по принципу отклонения для
формирования управляющего воздействия
необходимо наличие ошибки. Само по себе
это является недостатком, так как именно
ошибку требуется изменить регулятором.
При управлении сложными инерционными
объектами, когда управляющее воздействие
не может вызвать мгновенного изменения
регулируемого параметра, возникающая
ошибка может иметь недопустимо большое
значение.

1.1. Основные задачи

Перед теорией автоматического
регулирования ставятся следующие
основные задачи.

1. Разработка методов синтезасистем автоматического регулирования,
позволяющих выбрать схему взаимодействия
элементов, а также параметры и
характеристики этих элементов таким
образом, чтобы система в целом удовлетворяла
заданным требованиям к её поведению в
статике и динамике.

2. Разработка методов анализасистем автоматического регулирования,
позволяющих определить, удовлетворяют
ли они предъявленным к ним требованиям,
и показывающих пути улучшения их
статических и динамических свойств.

3. Разработка методов коррекции
систем автоматического регулирования,
позволяющих нужным образом изменять
их статические и динамические свойства.

4. Разработка методов экспериментального
исследования и наладки систем
автоматического регулирования.

Главной задачейтеории
автоматического регулирования следует
считатьсоздание методов синтеза.
В настоящее время разработка и
проектирование систем автоматического
регулирования является сложной задачей.
Здесь можно наметить следующие основные
этапы.

1. Изучение объектарегулирования,
   определение его характеристик,
   параметров, условий работы и воздействий,
   которые он испытывает.

2. Формулирование требований к системерегулирования.

3. Выбор первоначальной схемырегулирования.

4. Выбор элементов схемырегулирования
   на основе требований к их мощности,
   надёжности, имеющихся источников
   питания, эксплуатационных требований
   и т.д.

5. Определение характеристик системырегулирования, обеспечивающих выполнение
   требований по статике и динамике.

6. Уточнение структурной схемырегулирования, определение необходимых
   корректирующих средств, окончательный
   выбор и расчёт элементов и параметров
   системы регулирования.

7. Теоретический анализспроектированной системы, построение
   переходных процессов, частотных
   характеристик, исследование влияния
   различных управляющих и возмущающих
   воздействий.

8. Экспериментальное исследованиеспроектированной системы в лабораторных
   условиях на макетах или моделях и
   внесение корректировок в схему.

9. Проектирование и монтажсистемы
   регулирования.

10. Наладка системырегулирования
в реальных условиях работы и опытная
эксплуатация.

2.2. Принципы регулирования

Рассмотрим
в качестве примера простую гидравлическую
задачу, известную со школьных времён —
бассейн с двумя трубами: по одной трубе
вода подаётся в бассейн, по другой она
вытекает к потребителям (рис. 2.1).

На
подающей трубе имеется клапан, с помощью
которого можно изменять расход G₁
(количество воды, поступающей в бассейн
в единицу времени). Этот клапан будем
называть регулирующим
органом.

Расход
G₂
зависитот потребителей
и является для нашего объекта показателем
нагрузки,
которая может случайным образом
изменяться во времени:

G₂
=f(t)

Рис.2.1
Объект регулирования

Будем
считать задачей регулирования поддержание
определённого запаса воды в бассейне,
характеристикой которого является
регулируемый
параметр
— уровень воды H.

Рассмотрим различные
способы решения этой задачи.

3.1 Регулирование по отклонению

Схема
САР, которая работает по принципу
отклонения, называемому также принципом
Ползунова-Уатта, приведена на рис. 2.1.

Рис.
2.1 Схема принципа регулирования по
отклонению.

ОР
– объект регулирования;

X
—
регулированная величина;

F
–
нагрузка объекта;

G
–
регулирующее воздействие;

Д
– датчик регулируемой величины, выходной
сигнал которого Х_д
соответствует
действительному
значению регулированной величины.

Регулирование
по отклонению заключается в следующем:

на
регулятор подаётся сигнал еХ = Х_з
—
Х_д
– отклонение регулированной величины
от заданного значения Х_з
(ошибка регулирования).

регулятор
по сигналу еХ изменяет регулирующее
воздействие G
таким образом, чтобы уменьшить отклонение
еХ.

Пример
работы САР по принципу отклонения в
случае изменения нагрузки объекта
показан на рис. 2.2.

Рис.
2.2 Пример работы САР по принципу
отклонения.

Особенности
регулирования по отклонению:

Система
регулирования, работающая по такому
принципу, является замкну-
той,
когда сигнал с выхода системы подаётся
на её вход.

Для
таких систем существует проблема их
устойчивости (см. лини 2).

Регулятор
работает, то есть изменяет регулирующее
воздействие G
независи
мо от причины вызвавшую
ошибку регулирования.

Ошибка
регулирования в данной системе
принципиально не устранима, так

как регулирующее воздействие формируется
только по ошибке.

Измерение
регулируемых величин (давления, уровня,
частоты вращения,
температуры и
других) производится более простыми
средствами, чем изме-
рение возмущения.

По
этим причинам данный принцип получил
наибольшее распространение.

Рассмотрим
проблему устойчивостии систем
регулирования.

Линии
1 на рис. 2.2 соответствуют переходным
процессам, когда регулируемая величина
с течением времени принимает постоянное
значение. Такие САР являются устойчивыми.

Однако
параметры регулятора могут быть подобраны
неверно или измениться в процессе
эксплуатации, и регулирующее воздействие
будет изменяться слишком сильно или
несвоевременно. В результате величины
системы будут колебаться с возрастающей
амплитудой (линии 2 на рис. 3.2). В этом
случае САР является неустойчивой и
неработоспособной.

1.2. Структура систем управления: простые и многомерные системы

В теории управления техническими системами часто бывает удобно систему разделить на набор звеньев, соединенных в сетевые структуры. В простейшем случае система содержит одно звено, на вход которого подается входной воздействие (вход), на входе получается отклик системы (выход).

В теории Управления Техническими Системам используют 2 основных способа представления звеньев систем управления:

— в переменных “вход-выход”;

— в переменных состояния (более подробно см. разделы 6…7).

Представление в переменных “вход-выход” обычно используется для описания относительно простых систем, имеющих один “вход” (одно управляющее воздействие) и один “выход” (одна регулируемая величина, см. рисунок 1.2.1).

Рис. 1.2.1 – Схематическое представление простой системы управления

Обычно такое описание используется для технически несложных САУ (систем автоматического управления).

В последнее время широкое распространение имеет представление в переменных состояния, особенно для технически сложных систем, в том числе и для многомерных САУ. На рис. 1.2.2 приведено схематичное представление многомерной системы автоматического управления, где u₁(t)…u_m(t) — управляющие воздействия (вектор управления), y₁(t)…y_p(t) — регулируемые параметры САУ (вектор выхода).

Рис. 1.2.2 — Схематическое представление многомерной системы управленияя

Рассмотрим более детально структуру САУ, представленную в переменных “вход-выход” и имеющую один вход (входное или задающее, или управляющее воздействие) и один выход (выходное воздействие или управляемая (или регулируемая) переменная).

Предположим, что структурная схема такой САУ состоит из некоторого числа элементов (звеньев). Группируя звенья по функциональному принципу (что звенья делают), структурную схему САУ можно привести к следующему типовому виду:

Рис. 1.2.3 — Структурная схема системы автоматического управления

Символом ε(t) или переменной ε(t) обозначается рассогласование (ошибка) на выходе сравнивающего устройства, которое может “работать” в режиме как простых сравнительных арифметических операций (чаще всего вычитание, реже сложение), так и более сложных сравнительных операций (процедур).

Так как y₁(t) = y(t)*k₁, где k₁ — коэффициент усиления, то ==> ε(t) = x(t) — y₁(t) = x(t) — k₁*y(t)

Задача системы управления состоит в том (если она устойчива), чтобы “работать” на уничтожение рассогласования (ошибки) ε(t), т.е. ==> ε(t) → 0.

Следует отметить, что на систему управления действуют как внешние воздействия (управляющее, возмущающее, помехи), так и внутренние помехи. Помеха отличается от воздействия стохастичностью (случайностью) своего существования, тогда как воздействие почти всегда детерминировано.

Для обозначения управляющего (задающего воздействие) будем использовать либо x(t), либо u(t).

Адаптация, обучение и искусственный интеллект.

В реальном мире большинство систем не только изменяются в зависимости от времени и места, но и не могут быть представлены точными математическими моделями. Необходимость управлять такими системами привела к созданию новых теорий адаптации, обучения и самоорганизации. Это, в свою очередь, привело к появлению сложных систем управления с обратной связью, в которых компьютер выполняет эксперименты над системой, исследует ее характеристики в процессе работы и меняет стратегию управления. Можно сказать, что такие системы управления имитируют адаптивные способности живых организмов в изменяющихся и неопределенных условиях среды. Таким образом, вообще говоря, адаптивная система управления требует двух различных операций: идентификации характеристик управляемой системы и настройки параметров управляющей системы с учетом динамики управляемой.

Другой областью исследований, оказывающей существенное влияние на проектирование сложных автоматических систем, является теория обучения. Идеи, развитые в математической психологии, могут быть применены к проектированию систем, использующих обратную связь по состоянию, что позволяет выбрать оптимальное действие из конечного набора действий. Распознавание образов – одна из форм обучения, нашедшая применение в некоторых современных системах с обратной связью. Если управляемая система имеет конечное число состояний, а параметры оптимального управления, соответствующие каждому состоянию, сохраняются в памяти компьютера, то скорость адаптации системы управления может быть существенно повышена с помощью устройства распознавания. Например, на космическом корабле распознавание состояния по измерениям температуры, влажности, давления, вибраций, радиации и т.п. является задачей распознавания образов.

Кроме исследований, упомянутых выше, многое делается в области разработки искусственного интеллекта, который включает более высокие уровни обратной связи, такие, как поиск информации, перевод с одного языка на другой, игры, доказательство теорем и решение комплексных проблем. Эти идеи начинают находить применение в различных областях современной науки и технологии. Электроника и компьютерные технологии, особенно разработка микропроцессоров, открыли новые пути применения теорий управления, основанных на сложных формах обратной связи. Человечество вступает в эру, где какие-либо применения будут ограничиваться только состоянием теории и воображением проектировщика. См. также ИНТЕЛЛЕКТ ИСКУССТВЕННЫЙ; КОМПЬЮТЕР; ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ; ИНФОРМАЦИИ НАКОПЛЕНИЕ И ПОИСК; ИНФОРМАЦИИ ТЕОРИЯ.

Возможно, вам также будет интересно

Отношение сигнал-шум является показателем качества и основной характеристикой передачи сигнала для любой системы, будь то автоматическая система управления технологическим процессом или аэрокосмический аппарат. Очевидно, что чем больше отношение сигнал-шум, тем лучше работает система или устройство, однако использование мощных сигналов зачастую нецелесообразно, и разумным решением становится по…

Минимизировать контролируемые потери тепловой энергии, связанные с работой нагревателя питательной воды, — одна из важных задач в энергетике. Реализация мировых тенденций в управлении потерями предприятий при помощи внедрения современных инструментов может иметь место только тогда, когда все участники этого процесса (в том числе производители оборудования) приложат необходимые усилия. В статье …

Компания ICP DAS сообщает о расширении линейки контроллеров WISE-580x за счет выхода в свет нового WISE-5801 с функцией SMS оповещения, а также информирует об обновлении прошивки серии WISE-580x до версии v2.2.
WISE-5801 является типичным представителем линейки контроллеров WISE, предоставляя пользователям простые в использовании web страницы. Он не требует навыков программирования: требуется всего несколько щелчков мыши в web браузере, чтобы настроить логическое управление. Встроенная логика IF-THEN-ELSE предоставляет набор правил, которые будут следить за выполнением назначенных задач, …

Необходимость государственного регулирования экономики

На протяжении длительного этапа исторического развития экономическая деятельность не регулировалась. С появлением государства регуляция сводилась к сбору налогов и отбывания повинностей. Эти меры необходимы были для содержания аппарата власти и решения общественных и общегосударственных задач. Так как экономика представлена была натуральным хозяйством, то управление и регулирование ею было крайне простым.

С формированием рыночных отношений ситуация несколько изменилась. Производство товаров стало стремительно увеличиваться. Требовалось взаимодействие субъектов хозяйствования. Интересы производителей, потребителей и наемных рабочих не всегда совпадали. Возникала социальная напряженность. И если на первых этапах бытовало мнение, что рыночная экономика это саморегулирующаяся система и не нуждается в дополнительном вмешательстве (А. Смит), то позже это мнение изменилось.

Было доказано, что государство должно регулировать развитие хозяйства и участвовать в формировании рынка. Оно обязано защищать права потребителей, препятствовать монополизации рынков, заботиться о экономической стабильности и безопасности государства.

5.5. Принцип адаптации

Принципы адаптации
(приспособление) используется в
самонастраивающихся САР. Особенностью
их является то, что они автоматически
приспосабливаются к изменяющимся
условиям работы и автоматически выбирают
оптимальный закон регулирования.
Рассмотренные ранее САР с неизменной
настройкой регулируемого параметра, в
которых процесс регулирования сводится
к ликвидации отклонения, не могут
обеспечить нормальную работу объекта
регулирования, если его статические и
динамические характеристики изменяются
во времени. В таких случаях необходимо
изменить или настройки регулятора, или
характеристики и параметры отдельных
элементов системы, или схему элементов,
или даже вводить в действие новые
элементы.

ЛЕКЦИЯ
№ 2

Типовые
входные воздействия и характеристики
звеньев.

Пропорционально-интегральный закон (пи)

Законом
действия регулятора (законом
регулирования или алгоритмом
регулировании) называют функциональную
взаимосвязь между погрешностью
регулирования ε=у_зд-у
и изменением управляющего воздействия
Δu:
Δu(τ)=f
или u-u=f(у_зд-у),
где u – текущее значение управляющего
воздействия; u-
значение управляющего воздействия,
соответствующее заданному значению
управляемого параметра у_зд.

ПИ:
Регуляторы, одновременно формирующие
пропорциональную и интегральную
составляющую. Взаимосвязь между ошибкой
регулирования и управляющим воздействием:
Δu(τ)=К_р[ε(τ)+
1/Т_а∫ε(τ)dτ]
(пределы интеграла от 0 до τ), где Δu –
изменение управляющего воздействия;
ε – ошибка регулирования; Т_а—
постоянная времени интегрирования, К_р
– коэф усиления. Параметрами настройки
ПИ-регулятора явл: коэф усиления и
постоянная времени интегрирования Т_а
и Т_и
– время изодрома. Структурная схема в
виде параллельного соединения
пропорционального и интегрирующего
звеньев или со взаимозависимыми
параметрами настройки. Передаточная
функция:
W(s)= К_р+1/Т_аs=
К_р[1+1/Т_иs].Переходная
функция: h(τ)=
(K_p
+(1/T_a)τ)
∙1(τ)=
K_p+(K_p
/T_и)τ)
∙1(τ).

При
отклонении регулируемой величины от
заданного значения ПИ-регулятор сразу
же изменяет управляющее воздействие
пропорционально отклонению регулируемой
величины от заданного значения (пропорц
составляющая), а потом постепенно
увеличивает управляющее воздействие
за счет интегральной составляющей.
Физический смысл времени изодрома: при
τ=Т_и
интегральная составляющая становится
равной пропорциональной составляющей,
а выходной сигнал ПИ-регулятора достигает
значения: Δu(Т_и)=2К_р.
Под временем изодрома понимают время,
в течение которого затвор регулирующего
органа под действием интегральной
составляющей переместится точно так
же, как и под действием пропорциональной
составляющей. Амплитудно-частотная
характеристика: А_р(ω)=
К_р.
Фазовая-частотная характеристика:
φ_р(ω)=
arctg(-1/T_иω).

При
низких частотах АЧХ стремится к К_р
/T_иω=1/T_иω,
а на высоких частотах к К_р.
На диаграмме Боде низкочастотная
асимптота является прямой линией,
наклоненной к оси абсцисс под углом
-45
(тангенс угла наклона=-1), а высокочастотная
асимптота явл прямой линией, параллельной
оси абсцисс. Низкочастотная и высокочаст
асимптоты сопрягаются при частоте
ω_с=1/T_и.
при очень низких частотах фазовый сдвиг
регулятора равен -90,
при частоте сопряжения = -45,
а при высоких частотах φ_р(ω)
стремится к нулю. АФЧХ – прямая,
параллельная мнимой оси и отстоящая
от нее на расстояние К_р,
при частоте колебаний ω=∞ соответствующая
ей точка находится на положительной
действительной полуоси, а при частоте
колебаний ω=0 прямая уходит в бесконечность.

Интегральное
воздействие вносит в систему регулирования
отставание по фазе, которое добавляется
к фазовому сдвигу объекта регулирования,
в результате чего критическая частота
системы понижается. Ее понижение
приводит к увеличению времени переходных
процессов в системе регулирования. При
большом значении времени изодрома
влияние интегральной составляющей на
устойчивость незначительно, а устранение
остаточного отклонения, возникшего в
результате изменения нагрузки на объект
регулирования, требует большего времени.
Уменьшение T_и
увеличивает влияние интегральной
составляющей, что приводит к быстрому
снятию остаточного отклонения.
Оптимальное значение T_и
выбирается так, чтобы обеспечить быстрое
устранение остаточного отклонения,
высокую критическую частоту и большой
коэф усиления.

ПИ-регуляторы
применяют для регулирования как
устойчивых, так и нейтральных объектов
при больших, но плавных изменениях
нагрузок, когда требуется высокая
точность регулирования в статическом
режиме (когда остаточные отклонения
недопустимы).