Принципы автоматического регулирования.

Принцип регулирования характеризуется родом информации, которая используется регулятором для выработки регулирующего воздействия. Существуют два принципа регулирования.
Первый – по отклонению регулируемой величины, или принцип обратной связи. По фамилиям изобретателей, впервые применивших регуляторы, работавшие по этому принципу, он носит также название принципа Ползунова-Уатта (рис.1.4).

ОР
P

y
z
x
u





Рис.1.4. Принцип обратной связи.

Логика работы регулятора в этом случае такова. Регулятор воспринимает фактическое значение регулируемой величины и сравнивает его с заданным её значением, которое формируется на основании управляющего воздействия, поступающего на регулятор извне, часто от человека. Если значение регулируемой величины не такое, как требуется по заданию, то на основании выполненного сравнения регулятор вырабатывает регулирующее воздействие, которое исправляет регулируемую величину, приводя ее к значению, близкому к заданному.
Второй принцип – принцип компенсации возмущений. Идея принципа следующая (рис.1.5). Поскольку возмущение является причиной отклонения регулируемой величины, можно, получив информацию о причине ожидаемого отклонения, предотвратить нежелательное следствие, выработав соответствующее регулирующее воздействие, которое "скомпенсирует" влияние возмущения. Обратим внимание на то обстоятельство, что регулятор не устраняет возмущение, а только компенсирует вредный эффект от его действия на объект регулирования. НИКАКАЯ СИСТЕМА НЕ МОЖЕТ УСТРАНИТЬ ВОЗМУЩЕНИЕ!!! Это действие окружающей среды на нас, и мы можем только бороться с его нежелательными последствиями.
ОР
P

x
z
y
u


Рис.1.5. Принцип компенсации возмущений.

Этим двум принципам свойственны определённые достоинства и недостатки, заключающиеся в следующем.
Первый принцип. Его достоинство – универсальность. Неважно, по какой причине изменилась регулируемая величина. Регулятор видит конечный результат – именно саму регулируемую величину – и исправляет её. Недостаток принципа – относительно невысокое быстродействие, которое объясняется наличием у любого объекта (в большей или меньшей степени) инерционных свойств: должно пройти некоторое время от момента действия возмущения до того момента, когда регулируемая величина изменится настолько, что это почувствует регулятор.
Второй принцип. Достоинство – высокое быстродействие. Регулятор не ждёт, пока изменится регулируемая величина. Он реагирует на причину её будущего возможного изменения и сразу принимает контрмеры. Недостаток: в реальных условиях возмущений может быть много, и на каждое должен реагировать регулятор. Отметим, что по второму принципу регулятор не имеет информации о регулируемой величине. Могут оказаться и такие возмущения, о существовании которых при проектировании регулятора вообще не было известно. Если хотя бы одно из возмущений не будет учтено, оно вызовет неконтролируемое изменение регулируемой величины, то есть задача регулирования не будет выполнена. Поэтому "в чистом виде" этот принцип неприменим.
Некоторые авторы литературных источников по рассматриваемым вопросам говорят о существовании отдельного третьего принципа, называя его комбинированным. В это понятие вкладывают тот смысл, что используются достоинства обоих рассмотренных принципов. Не вступая в полемику относительно возможности трактовать такой принцип как самостоятельный, остановимся на особенностях его применения.
Согласно этой комбинации, (рис.1.6), регулятор реагирует на обычно одно возмущение, сильнее всего влияющее на объект регулирования, то есть сильно и часто отклоняющее регулируемую величину, а отклонения регулируемой величины, вызванные прочими (не воспринимаемыми регулятором) возмущениями, устраняются в соответствии с принципом обратной связи.
ОР
P

z
y
x
u



Рис.1.6. Комбинация двух принципов.

Отметим, что в технике автоматического регулирования подавляющее количество регуляторов выполнено по первому принципу.