Материал: Модели управления функционированием систем подачи и распределения воды. Панов М.Я., Петров Ю.Ф

системой и устраняется соответствующим перемещением регулирующего органа.

Однако системы автоматического регулирования по ошибке имеют ряд существенных недостатков по сравнению с системами, работающими по возмущению. Так, недостатком является сам принцип регулирования, который внутренне противоречив. Дело в том, что регулирующее воздействие, которое направлено на устранение ошибки , появляется только при ≠0. Из этого следует, что, прежде чем устранить ошибку, вначале необходимо допустить ее возникновение. Следующим существенным недостатком таких систем является то, что они склонны к колебаниям. Отсюда следует, что расчет данных систем сложнее, чем у САР, работающих по возмущению.

В существующих объектах регулирования всегда появляются причины, которые отклоняют регулируемую величину от требуемого закона изменения. Эти причины называются возмущающими воздействиями или возмущениями. Среди всех возмущающих воздействий можно выделить одно или несколько, наиболее сильно влияющих на регулируемую величину. Такие воздействия называются основными, а все остальые – второстепенными.

Для борьбы с возмущениями объект регулирования (ОР) снабжается регулирующим органом (РО), воздействуя на который вручную или автоматически можно изменять регулируемую величину, компенсируя ее нежелательные изменения, обусловленные влиянием возмущений. Устройство, автоматически решающее задачу регулирования в данном объекте, называется автоматическим регулятором (РР). Объект регулирования и автоматический регулятор в совокупности образуют систему автоматического регулирования САР.

Несмотря на большое разнообразие используемых в современной технике регуляторов, все они строятся на базе одного из двух основных принципов регулирования: по возмущению, то есть по внешнему воздействию, и по отклонению, то есть по ошибке.

Принцип регулирования по возмущаеющему воздействию также называют принципом компенсации возмущений. Возмущающие воздействия всякого рода являются основной причиной, отклоняющей регулирующую величину от требуемого закона ее изменения. Для компенсации вредного влияния какого-либо возмущения измеряют это возмущение и в зависимости от результатов измерения осуществляют регулирующее воздействие, обеспечивающее изменение регулируемой величины по требуемому закону, на объект. Если возмущаещее воздействие вызвало увеличение регулируемой величины, то регулятор обязан создать регулирующее воздействие, направленное на уменьшение регулируемой величины, а если рассматриваемое возмущение привело к уменьшению регулируемой величины, то регулирующее воздействие должно ее увеличивать.

Для технической реализации принципа регулирования по возмущению в состав автоматического регулятора должны входить устройства, которые

106

позволяют измерять возмущающее воздействие, а также устройства, предназначенные для создания регулирующего воздействия на объект регулирования. Устройства, позволяющие измерять возмущающие воздействия, называются чувствительными элементами, а устройства для создания регулирующего воздействия от объект регулирования – исполнительными элементами регулятора. Между ними могут быть включены промежуточные элементы, которые предназначены для усиления выходного сигнала чувствительного элемента по мощности, а также для осуществления необходимых преобразований этого сигнала.

Таким образом, системы автоматического регулирования по возмущению могут применяться как в космической, авиационной, нефте- и газодобывающей, так и в сельскохозяйственной и других промышленностях, а также во многих отраслях народного хозяйства. Несомненным достоинством таких систем является их простота и дешевизна изготовления, широкий спектр применения, а также более упрощенная математическая модель по сравнению с другими системами автоматического регулирования.

Построенные по принципу возмущения системы автоматического регулирования встречаются нечасто вследствие того, что не всегда можно измерить возмущение и, кроме того, на систему могут действовать несколько возмущений одновременно. В этом случае необходимо измерить и использовать в формировании управления все возмущения, что часто невыполнимо и сложно. В таких случаях применяется комбинированный принцип построения систем автоматического регулирования. Его применяют тогда, когда среди нескольких возмущений выделяется главное, которое оказывает наибольшее влияние на регулируемую величину и которое может быть измерено. По нему формируется управление по возмущению, а влияние остальных возмущений уменьшается управлением по ошибке.

Комбинированный принцип построения систем автоматического регулирования применяется тогда, когда это дает преимущества по сравнению с управлением по возмущению и по ошибке.

Кибернетические системы предназначены для решения задач, существенно более сложных, чем задача автоматического регулирования. К таким задачам относятся: эксремальное регулирование, самонастройка и самоорганизация каких-либо систем, оптимальное функционирование технических устройств и т.д. [52].

Процесс управления систем подачи и распределения воды может быть описан системой управления, отнесенной к классу кибернетических систем. Это следует из того, что подобная система должна одновременно управлять неограниченным множеством потребителей на основе использования экстремальных законов и критериев управления. Это подтверждается тем, что в состав математической модели управления, помимо подмодели возмущенного состояния, включена система нормальных уравнений, полученных из условия минимума функции ошибок (2.20) – для первой версии ЦФ и (2.25) – для второй версии ЦФ (при системе функциональных ограничений в форме баланса

107

Рассмотрим на примере сети (рис. 2.10) формирование системы нормальных уравнений.

F Qz Q 2 Qz Q 2 Qz Q 2 Qz Q 2

Б 1 Б 1 1 2 1 2 1 3 1 3 1 4 1 4

Qz Q 2 Qz Q 2 Qz Q 2 Qz Q 2

1 8 1 8 2 5 2 5 3 6 3 6 4 7 4 7

Qz Q 2 Qz Q 2 Qz Q 2 Qz Q 2

3 2 3 2 4 3 4 3 8 10 8 10 5 11 5 11

Qz Q 2 Qz Q 2 Qz Qz Qz Qz Qz

6 12 6 12 7 13 7 13 1 Б 1 1 3 1 2 1 4 1 8