Регулювання автоматичне
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Регулювання автоматичне

Регулювання автоматичне (від йому.(німецький) regulieren — регулювати, від латів.(латинський) regula — норма, правило), підтримка постійності (стабілізація) деякої регульованої величини, що характеризує технічний процес, або її зміну по заданому закону (програмне регулювання) або відповідно до деякого вимірюваного зовнішнього процесу (стежаче регулювання), здійснюване додатком дії, що управляє, до регулюючого органу об'єкту регулювання; різновид автоматичного управління . При Р. а. дія u ( t ), що управляє, зазвичай є функцією динамічної помилки — відхилення e( t ) регульованої величини х ( t ) від її заданого значення x 0 ( t ): e( t ) = x 0 ( t ) — х ( t ) (принцип Ползунова — Уатта регулювання по відхиленню, або принцип зворотному зв'язку ) ( мал. , а). Інколи до Р. а. відносять також управління, при якому u ( t ) виробляється (пристроєм компенсації) у функції обурюючої дії f (навантаження) на об'єкт (принцип Понселе регулювання по обуренню) ( мал. , би), і комбіноване регулювання по відхиленню і обуренню ( мал. , би).

загрузка...

  Для здійснення Р. а. до. об'єкту підключається комплекс пристроїв, що є в сукупності регулювальник . Об'єкт і регулювальник утворюють систему автоматичного регулювання (CAP). САР по відхиленню є замкнутою (см. Замкнута система управління ), по обуренню — розімкненою (см. Розімкнена система управління ). Математичне вираження функціональній залежності бажаної (потрібного) дії u 0 ( t ), що управляє, від вимірюваних регулювальником величин називається законом, або алгоритмом регулювання. Найбільш часто вживані закони Р. а.: П — пропорційний (статичний), u 0 = до e, І — інтегральний (астатичний) ; ПІ — пропорційно-інтегральний (ізодромний),, ПІД — пропорційно-інтегральний з похідною ; тут до — коеффіциет посилення регулювальника, Т і і Т д постійні часу інтеграції і диференціювання. Фактична дія u ( t ) відрізняється від u 0 ( t ) унаслідок інерційності регулювальника. CAP є динамічною системою, процеси в якій описуються диференціальними, диференціально-різницевими і тому подібне рівняннями.

  САР може знаходитися в стані рівноваги, в їй можуть протікати сталі і перехідні процеси, кількісні характеристики яких вивчає теорія автоматичного регулювання (ТАР). У статичних системах регулювання стала погрішність (помилка ) e ст при постійному навантаженні (на об'єкт) залежить від величини останньої. Для підвищення статичної точності збільшують коефіцієнт посилення регулювальника до , але при досягненні ним деякого критичного значення до kp система зазвичай втрачає стійкість . Введення в регулювальника інтегруючих елементів дозволяє отримати астатичну систему регулювання, в якій при будь-якому постійному навантаженні статична помилка відсутня. ТАР вивчає умови стійкості, показники якості процесу регулювання (динамічну і статичну точність, час регулювання, коливає системи, міру і запаси стійкості і т. п.) і методи синтезу CAP, тобто визначення структури і параметрів пристроїв, що коректують, вводяться в регулювальника для підвищення стійкості і забезпечення необхідних показників якості Р. а.

  якнайповніше розроблена ТАР лінійних систем, в якій застосовуються аналітичні і частотні методи дослідження. Малі відхилення від рівноважних полягань в безперервних нелінійних системах Р. а. досліджуються за допомогою лінеаризації вихідних рівнянь. Процеси при великих відхиленнях і специфічних особливості; нелінійних CAP (граничні цикли, автоколивання, захоплення, ковзаючі режими і т. п.) вивчаються методами фазового простору . Для вивчення періодичних режимів також застосовують наближені методи малого параметра, гармонія, балансу і ін. Стійкість при великих відхиленнях досліджується другим (прямим) методом Ляпунова і методом абсолютної стійкості, розробленим : В. М. Поповим (Румунія). Спеціальний розділ ТАР присвячений Р. а. при випадкових діях.

  З 50-х рр. 20 ст розвиваються теорія інваріантних CAP що забезпечують незалежність х ( t ) від обурень, і теорія багатозв'язкових CAP, в яких багато величин зв'язано через регульований об'єкт. У таких CAP часто вводять додаткові зв'язки між регулювальниками в цілях набуття певних властивостей, зокрема автономності (незалежності процесів регулювання окремих величин). У 60-х рр. отримала розвиток і вживання теорія систем із змінною структурою, особливо ефективних при роботі в умовах великих змін параметрів системи і середовища, оскільки перехідні процеси в них визначаються властивостями пристрою, що управляє, і мало залежать від параметрів об'єкту регулювання і середовища.

  Особливе місце в ТАР займають дискретні системи Р. а., у яких здійснюється квантування сигналу . З них найбільш вивчені імпульсні системи (з квантуванням за часом), релейні системи (з квантуванням по рівню) і цифрові системи (з квантуванням за часом і рівню). Приватний вигляд релейних систем — двопозиційні регулювальники у яких регулюючий орган може займати лише одне з двох крайніх положень.

  Історія розвитку Р. а. Дати винаходу перших регулюючих пристроїв, так само як і імена їх винахідників, не встановлені. Наприклад, поплавцевий регулювальник рівня водяного годинника, заснований на принципі регулювання по відхиленню, був відомий арабам ще в початку н.е.(наша ера) На борошномельних млинах в середні віки застосовувалися відцентрові маятники для регулювання частоти обертання жорен. Проте першими регулювальниками, що отримали широке практичне вживання в промисловості, стали регулювальник живлення казана парової машини І. І. Ползунова (1765) і відцентровий регулювальник частоти обертання парової машини Дж. Уатта (1784).

  Перші регулювальники здійснювали пряме регулювання, при якому вимірювальний орган безпосередньо впливав на регулюючий орган. Таке Р. а. було можливо лише на машинах малої потужності, де для переміщення регулюючих органів (важеля, колеса) не вимагалося великих витрат енергії. У 1873 французький інженер Ж. Фарко вперше здійснив непряме Р. а., ввівши в ланцюг регулювання підсилювач — гідравлічний сервомотор з жорстким зворотним зв'язком. Це дало можливість не лише підвищити потужність дії регулювальника, але і отримати гнучкіші алгоритми Р. а. У 1884 з'явився регулювальник непрямої дії з додатковим релейним зворотним зв'язком, що діяв до тих пір, поки відхилення було відмінне від нуля. Потім релейний зв'язок був замінений безперервним диференціальним зв'язком, що отримав назву ізодромної.

  З 2-ої половини 19 ст Р. а. застосовується в самих різних технічних устройствах— парових казанах компресорних установках, електричних машинах і ін. До цього ж періоду відноситься і становлення науки про Р. а. У статті Дж. До. Максвелла «Про регулювання» (1868) вперше розглянуто математичне завдання про стійкість лінійної CAP. Працею І. А. Вишнеградського «Про регулювальників прямої дії» (1877) закладена основа ТАР як нової науково-технічної дисципліни. Подальший її розвиток і систематичний виклад даний А. Стодолой, Я. І. Грдіной і Н. Е. Жуковським .

  Новий етап в розвитку Р. а. настав з вживанням в регулювальниках електронних елементів, зокрема обчислювальних пристроїв, що істотно розширило можливість удосконалення алгоритмів регулювання введенням дій по вищих похідних, інтегралах і складніших функціях. Переваги електронних регулювальників особливо виявилися в самоналагоджувальних системах, першими з яких були екстремальні регулювальники : регулювальник топки парового казана (1926) електричний регулювальник ккд(коефіцієнт корисної дії) (1940), авіаційні регулювальники (1944). Проте подібних регулювальників застосовують лише в простих випадках, наприклад для підтримки екстремуму функції однієї змінної. У складніших САР доцільно розділити систему регулювання на дві частини: обчислювальний пристрій, що визначає оптимальне налаштування регулювальника, і власне регулювальник. У складних системах управління Р. а. використовується лише на нижчому рівні ієрархічного управління — регулювальники впливають безпосередньо на керований об'єкт, будучи виконавцями команд ЕОМ(електронна обчислювальна машина) (або операторів), що знаходяться на вищих рівнях управління.

  Літ.: Теорія автоматичного регулювання, під ред. Ст Ст Солодовникова, книга 1—3, М., 1967—69; Воронів А. А., Основи теорії автоматичного управління, ч. 1—3, М. — Л., 1965—70; Заді Л., Дезоєр Ч., Теорія лінійних систем. Метод простору станів, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1970; Бесекерський Ст А., Попів Е, П., Теорія систем автоматичного регулювання, М., 1972; Сю Д., Мейєр А., Сучасна теорія автоматичного управління і її вживання, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1972; Основи автоматичного управління, під ред. Ст С. Пугачова, 3 видавництва, М., 1974.

  А. А. Воронів.

Структурні схеми автоматичного регулювання по відхиленню (а), по обуренню (б) і комбінованого (в): x 0 — задане значення регульованої величини; e — динамічна помилка (розузгодження); u — дія, що управляє; f — обурююча дія (навантаження); x — регульована величина; кружком, розділеним на сектори, позначений порівнюючий пристрій.