Принцип управления по возмущению (принцип компенсации).

Принцип компенсации предложен в 1830 г. французским ученым Понселе (Jean-Victor Poncelet) для компенсации влияния момента сопротивления на валу паровой машины и носит его имя. Иногда употребляют название «принцип Понселе-Чиколева» в честь русского инженера электротехника В.Н. Чиколева, который впервые использовал этот принцип в практических конструкциях. Если возмущающие воздействия в САУ велики, то для повышения точности разомкнутой системы на основе полученных данных о величине возмущений в алгоритм управления вводятся коррективы, компенсирующие влияние этих возмущений. В этом случае вся информация о действующих возмущениях непрерывно поступает на управляющее устройство и учитывается при выработке алгоритма управления.

Достоинством этой САУ является высокое быстродействие, так как система реагирует на изменение возмущения еще до того, как эти изменения вызовут изменения управляемой величины.

Недостатками являются:

– нечувствительность САУ ко всем возмущающим воздействиям, кроме измеряемого, вследствие чего точность управления может снижаться до недопустимых значений;

– необходимость предварительного определения точного количественного закона взаимодействия возмущающего воздействия с управляемой величиной.

На рис. 2.6 показана функциональная схема САУ с компенсацией, где дополнительное воздействие обозначено u ₁(t). Для измерения возмущающего воздействия используется компенсатор К.

БЗ

Рис. 2.6. Функциональная схема системы управления по возмущению

Для технической реализации этого принципа в состав системы входят устройства, позволяющие измерять возмущающие воздействия и устройства, предназначенные для создания управляющего воздействия на объект управления, то есть должен входить чувствительный и исполнительный элементы. Правильно спроектированная система по возмущению должна обеспечивать инвариантность управляемой величины от возмущающего воздействия.

Например, пусть для разомкнутой системы управления температурой в камере, приведенной на рисунке 2.4, основным влияющим возмущением является внешняя температура Т_нар.. Изменение этого возмущения приводит к отклонению управляемой величины Т_вн. (температуры внутри камеры) за пределы допустимого значения. В этом случае система разомкнутого управления не обеспечивает решение поставленной перед ней задачи и поэтому необходимо строить такую систему по принципу управления по возмущению (по принципу компенсации). Для построения такой системы необходимо выбрать чувствительный элемент, реагирующий на изменение внешнего возмущения и исполнительное устройство, осуществляющее компенсацию внешнего возмущения. Для приведенной схемы можно придумать множество чувствительных и исполнительных элементов компенсирующих влияние изменения внешней температуры Т_нар. В нашем случае, наиболее простое устройство можно создать на базе устройства с биметаллической пластиной БП. Такое устройство позволяет конструктивно объединить чувствительный элемент, исполнительное устройство и создать систему управления по возмущению. На рисунке 2.7. представлена схема реализации такой САУ по возмущению.

Рис. 2.7 – Система автоматического управления по возмущению

Как и в системе разомкнутого управления, при вращении кулачка КМ, толкатель перемещает движок потенциометра П и ток в цепи нагревательного НЭ изменяется по закону заданному кулачковым механизмом КМ. На объект управления действует возмущение, внешняя температура Т_нар, которая, при разомкнутом управлении, отклоняет управляемую величину (температуру внутри камеры) от заданного значения. В связи с тем, что в САУ введена система компенсации внешнего возмущения то при изменении внешней температуры чувствительный элемент (биметаллическая пластина БМ) прогибается и перемещает движок потенциометра в сторону компенсации температуры в камере от действия внешнего возмущения.