Многосвязные системы регулирования

При проектировании систем автоматического управления достаточно часто приходится решать задачу управления сложными многомерными объектами, характеризующимися многими управляемыми величинами на выходе. В этом случае приходится создавать многоканальную систему управления. Сложность решения задачи во многом зависит от особенностей многомерного объекта.

При описании многомерного объекта возможны два случая: 1) выходные управляемые величины объекта не связаны между собой и изменение одной величины не влияет на другие; 2) выходные управляемые величины взаимосвязаны и изменение одной из них влечет изменение других.

В первом случае каждая регулируемая величина объекта зависит от одного управляющего воздействия и не зависит (или слабо зависит) от других управляющих воздействий. Для таких систем второстепенными связями можно пренебречь и рассматривать систему автоматического регулирования как состоящую из отдельных подсистем (рис. 138). В системе на рис. 138 объект управления имеет n выходных управляемых величин и n соответствующих этим величинам входов управления. Связь между каждым входом и выходом объекта описывается соответствующей передаточной функцией .

Для управления каждой выходной величиной объекта используется свой регулятор с передаточной функцией . Контур управления каждой выходной величиной в рассматриваемом случае полностью автономен и при исследовании может рассматриваться как самостоятельная система автоматического управления. Система автоматического управления в этом случае является многоканальной системой управления с независимыми каналами управления.

Свойства объекта управления могут быть такими, что каждая его управляемая величина примерно в равной степени зависит от разных управляющих воздействий. В этом случае связями между управляемыми величинами пренебречь нельзя, и мы получаем многосвязный объект. Управление многосвязным объектом осуществляется в многосвязной системе автоматического управления.

Пусть в некоторой системе с многосвязным объектом имеется управляемых величин и управляющих воздействий, а также действуют возмущений. Тогда для управляемых величин можно записать систему уравнений, которая опишет многосвязный объект:

где  частные передаточные функции канала по управляющему воздействию ;  частные передаточные функции канала по возмущению .

Структура многосвязного объекта, составленная в соответствии с приведенным математическим описанием, показана на рис. 139. Объект в этом случае описывается многими передаточными функциями, учитывающими связи между управляемыми величинами, управляющими воздействиями и возмущениями.

Анализ многосвязных систем затруднен из-за сложности выражений. На практике многосвязным системам стремятся придать свойство автономности. Автономным называют такое регулирование, при котором изменение какой-либо одной регулируемой величины не приводит к изменению других. Системы могут быть автономными по отношению к задающим или по отношению к возмущающим действиям. Свойство автономности системы достигается введением корректирующих обратных связей.

Регулятор в многосвязной системе будет многоканальным, в таком регуляторе предусматриваются специальные связи между каналами, которые приходится разрабатывать при проектировании многосвязной системы.