1.3. Фундаментальні принципи автоматичного керування

Відомі такі три фундаментальні принципи автоматичного керування:

-                   принцип прямого керування,

-                   принцип компенсації збурення (керування за збуренням),

-                   принцип зворотного зв’язку (керування за відхиленням).

Принцип роботи системи прямого керування (рис.1.2) полягає у тому, що вхідна дія x(t) безпосередньо або через допоміжний керуючий пристрій (КП) подається як керуюча дія u(t) на об'єкт керування (ОК), змінюючи його вихідний процес y(t) у потрібному напрямку.

Рис. 1.2. Система прямого керування

Метою керування в системі прямої дії є підтримання необхідної залежності y=f(x). Дестабілізуюча сила збурення z(t), діюча на об'єкт керування та нестабільність характеристик об’єкта керування і регулятора приводять до відхилення вихідної величини у(t) від вхідної f(x), яке називається помилкою керування. Системи прямого керування доцільно застосовувати при слабкій силі збурення z(t), при коротких часових проміжках сеансу керування і при складності використання других принципів керування. Принцип прямого керування використовують, зокрема, в системах запуску ракет. В теорії автоматичного керування системи прямого керування розглядають тільки як елементи більш складних систем.

Якщо є можливість контролювати величину збурення, то це можна використати для створення керуючої дії на об'єкт, яка компенсувала б вплив збурення на нього. У цьому і полягає принцип компенсації збурення. Як самостійна система керування за збуренням застосовується в техніці не часто, тому на рис 1.3 вона показана як доповнення системи прямого керування. З рисунку видно, що керування за збуренням реалізують вимірювально-керуючим пристроєм (ВКП), який спроможний виміряти величину збурення і створити для об’єкта керування додатковий керуючий сигнал u₂(t). Останній

 компенсує помилку керування від дії збурення.

Рис. 1.3. Система прямої дії з компенсацією збурення

Система керування, побудована за принципом зворотного зв’язку показана на рис.1.4. Така система підтримує рівність між вхідною x(t) і керованоюy(t) величинами завдяки від'ємному зворотному зв'язку, реалізованому пристроєм віднімання (ПВ) на вході системи. Відхилення вихідного сигналу від заданого на вході, тобто помилка регулювання ε(t) = x(t) – y(t), подається через регулятор як керуюча дія u(t) на об'єкт керування. Керуюча дія змінює вихідну величину об’єкта керування так, що вона наближається до заданої вхідної, що зменшує або і зовсім ліквідує відхилення. Слід зазначити, що в реальних системах масштаб або фізична природа вихідної величини часто відрізняються від вхідної. Тому для приведення вихідної величини до масштабу і розмірності вхідної у вітку зворотного зв’язку включають відповідний лінійний перетворювач.

Рис. 1.4.Система керування за відхиленням

Особливість системи автоматичного керування із зворотним зв’язком в тому, що вона зменшує або усуває відхилення незалежно від джерела, яке спричиняє появу відхилення. Причиною відхилення може бути зміна вхідної дії x(t) або зміна вихідної дії y(t),обумовлена силою збурення z(t), нестабільністю характеристик регулятора або об’єкта керування.

Систему керування за відхиленням e(t) = x(t)-y(t) називають системою автоматичного регулювання. В окремих випадках система автоматичного регулювання поєднує в собі принципи керування за відхиленням і за збуренням. Таку систему автоматичного регулювання називають комбінованою.