3.1.3. Обобщенный линейный алгоритм регулирования

В современных системах автоматизации промышленные контроллеры выполняют функции простейшей системы управления (вырожденная задача управления, базовая автоматическая система управления). В этих системах линейные алгоритмы регулирования реагируют только на рассогласование и не используют по отдельности информацию о задании и выходном параметре процесса. Одноблочный алгоритм должен одновременно решать задачу ковариантности по заданию и инвариантности к возмущению. Обычно усложнение алгоритма для обеспечения условия минимакса к возмущению ведет к увеличению динамической ошибки при отработке задания. В связи с этим в настоящее время все шире привлекают при решении задач автоматизации двухблочные алгоритмы.

Р ассмотрим задачу регулирования, когда необходимо обеспечить точное воспроизведение задающего воздействия. Изменение задающего воздействия – это известное возмущение. Если регулятор использует соответствующую информацию, то реализуя упреждающее управление по опорному значению (Feedforward Control),улучшаем характеристики замкнутой системы. Исходную структуру рис. 3.22 преобразуем к следующей, представленной на рис. 3.23.

Здесь: .

В управляющем устройстве выделяются: подсистема отрабатывающая задание W_pu(s) и подсистема отрабатывающая рассогласование W_pε(s). Применяя обычные правила преобразования структурных схем, структуру на рис. 3.23 преобразуем к виду (рис. 3.24).

Здесь:

,

.

Передаточная функция замкнутой системы по каналу y(t) – u(t)

(для схемы на рис. 3.23) и

(для схемы на рис.3.24).

Регулятор, работающий по рассогласованию, определяет устойчивость системы и влияет на положение полюсов передаточной функции системы. Упреждающий регулятор добавляет системе новые нули и улучшает ее качество, при отработке задания не ухудшая устойчивость, так как выведен из замкнутого контура регулирования. Благодаря тому, что в упреждающем регуляторе задание непрерывно отслеживается, возможно, создание высокоточных (серво) систем управления (сервосистем).

В современной технической литературе по цифровой автоматизации появился термин «обобщенный регулятор» (general controller). В обобщенном регуляторе по сравнению с обычным, имеется большее число степеней свободы. Рассмотрим следующую структурную схему системы.

Передаточная функция такой системы по каналу задание – управляемая величина имеет вид

,

здесь S(s) и R(s) определяют положение полюсов, а Т(s) и B(s) положение нулей замкнутой системы. Такая структура имеет большее число степеней свободы для улучшения качества ее работы.

Конфигурирование современного промышленного контроллера позволяет получить структуру типовой системы регулирования следующего вида

Здесь: W_p’(s) – реализует упреждение по заданию; W_p”(s) – влияет на устойчивость (ОС); W_в(s) – реализует упреждение по возмущению (feed forward from process disturbance). Такого вида системы относят к комбинированным системам управления.

Реальные цифровые контроллеры работают в 3-х режимах:

1. период квантования настолько мал, что цифровой контроллер функционирует как аналоговый,

2. период квантования выбран в соответствии с теоремой Котельникова ( режим ЭНС),

3. период квантования много больше Т_кв, выбранного по теореме Котельникова.

В подавляющем большинстве контроллеры работают в 1-ом режиме. Но при управлении малоинерционными процессами (регулировании расхода не сжимаемой жидкости) возникают проблемы с потерей информации и возможен 2-ой режим работы. В этом случае передаточная функция регулятора принимает вид