วิธีการควบคุมในระบบอัตโนมัติ

วี ระบบอัตโนมัติ ใช้วิธีการควบคุมสามวิธี:

1) โดยค่าเบี่ยงเบนของค่าควบคุม

2) โดยการรบกวน (โดยโหลด)

3) รวมกัน

วิธีการควบคุมโดยส่วนเบี่ยงเบนของตัวแปรควบคุม ให้เราพิจารณาตัวอย่างระบบควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (รูปที่ 1)

ในระหว่างการใช้งาน มอเตอร์ D ซึ่งเป็นเป้าหมายของการควบคุม ประสบกับการรบกวนต่างๆ (การเปลี่ยนแปลงของโหลดบนเพลามอเตอร์ แรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายแหล่งจ่าย ความเร็วของมอเตอร์ที่ขับกระดองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า D การเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อม อุณหภูมิ ซึ่งจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความต้านทานของขดลวด และด้วยเหตุนี้กระแสน้ำ ฯลฯ)

การก่อกวนทั้งหมดนี้จะทำให้ความเร็วรอบเครื่องยนต์ D เบี่ยงเบน ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน e เป็นต้น v. เครื่องกำเนิดความเร็วรอบ TG. Rheostat P รวมอยู่ในวงจรของเครื่องกำเนิดความเร็วรอบ TG1... แรงดันไฟฟ้า U0 ที่ใช้โดย Rheostat P1 นั้นรวมอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดความเร็วรอบ TG ส่งผลให้เกิดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้า e = U0 — Utg ที่ป้อนผ่านแอมพลิฟายเออร์ Y ไปยังมอเตอร์ DP ซึ่งเลื่อนแถบเลื่อนของรีโอสแตท Pแรงดันไฟฟ้า U0 สอดคล้องกับค่าที่ตั้งไว้ของตัวแปรควบคุม — ความถี่ในการหมุน ωО และแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดความเร็วรอบ Utg — ค่าปัจจุบันของความเร็วการหมุน

ข้าว. 1. แผนผังไดอะแกรมสำหรับการควบคุมความเร็วมอเตอร์ DC แบบวงปิด: R - รีโอสแตท, OVG - ขดลวดกระตุ้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, G - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, OVD - ขดลวดกระตุ้นมอเตอร์, D - มอเตอร์, TG - เครื่องกำเนิดความเร็วรอบ, DP - มอเตอร์ไดรฟ์สไลด์รีโอสแตท, U - เครื่องขยายเสียง

หากภายใต้อิทธิพลของการรบกวนความแตกต่างระหว่างค่าเหล่านี้ (ค่าเบี่ยงเบน) เกินขีด จำกัด ที่กำหนดไว้แล้วตัวควบคุมจะได้รับการดำเนินการอ้างอิงในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงกระแสกระตุ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งจะทำให้ค่าเบี่ยงเบนนี้ ที่จะลดลง ระบบการโก่งตัวทั่วไปจะแสดงด้วยแผนภาพในรูปที่ 2, ก.

ข้าว. 2... แบบแผนของวิธีการควบคุม: a — โดยการเบี่ยงเบน, b — โดยการรบกวน, c — รวมกัน, P — ผู้ควบคุม, RO — หน่วยงานกำกับดูแล, หรือ — เป้าหมายของการควบคุม, ES — องค์ประกอบของการเปรียบเทียบ, x(T) คือ การตั้งค่า Z1 (t) และ Z2 (t) — อิทธิพลของกฎข้อบังคับภายใน (T) — ค่าที่ปรับได้ F(T) เป็นผลรบกวน

การเบี่ยงเบนของตัวแปรควบคุมจะเปิดใช้งานตัวควบคุม การกระทำนี้จะถูกชี้นำเสมอในลักษณะที่จะลดความเบี่ยงเบน เพื่อให้ได้ค่าความแตกต่าง ε(t) = x(t) — y (f) องค์ประกอบการเปรียบเทียบ ES จะถูกนำเข้าสู่ระบบ

การกระทำของตัวควบคุมในการควบคุมการเบี่ยงเบนเกิดขึ้นโดยไม่คำนึงถึงสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงในตัวแปรควบคุม นี่เป็นข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของวิธีนี้อย่างไม่ต้องสงสัย

วิธีการควบคุมการรบกวนหรือการชดเชยการรบกวนขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าระบบใช้อุปกรณ์ที่ชดเชยอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงในผลกระทบของการรบกวน

ข้าว. 3... แผนผังของการควบคุมแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง: G — เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, ОВ1 และ ОВ2 — ขดลวดกระตุ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, Rн — ความต้านทานโหลด, F1 และ F.2 — แรงแม่เหล็กของขดลวดกระตุ้น, Rsh — ความต้านทาน

ตัวอย่าง พิจารณาการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (รูปที่ 3) เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขดลวดกระตุ้นสองเส้น: OB1 เชื่อมต่อแบบขนานกับวงจรกระดองและ OB2 เชื่อมต่อกับความต้านทาน ริ... ขดลวดสนามเชื่อมต่อในลักษณะที่ ppm F1 และ F.2 เพิ่ม แรงดันเทอร์มินอลของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับ ppm ทั้งหมด F = F1 + F2

เมื่อกระแสโหลด Az เพิ่มขึ้น (ความต้านทานโหลด Rn ลดลง) แรงดันไฟฟ้า UG ของเครื่องกำเนิดควรลดลงเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของแรงดันตกคร่อมกระดองของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แต่สิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นเนื่องจาก ppm ขดลวดกระตุ้น F2 OB2 เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนกับกระแสโหลด Az

สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นใน ppm ทั้งหมดและทำให้แรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่ากัน สิ่งนี้จะชดเชยแรงดันตกเมื่อกระแสโหลดเปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นการรบกวนหลักของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความต้านทาน RNS ในกรณีนี้คืออุปกรณ์ที่ช่วยให้คุณสามารถวัดการรบกวน - โหลด

ในกรณีทั่วไป ไดอะแกรมของระบบที่ทำงานโดยวิธีการชดเชยสัญญาณรบกวนจะแสดงในรูปที่ 2, ข.

อาการวิตกกังวลอาจเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ ดังนั้นอาจมีมากกว่าหนึ่งสาเหตุสิ่งนี้ทำให้การวิเคราะห์การทำงานของระบบควบคุมอัตโนมัติซับซ้อนขึ้น โดยปกติจะจำกัดอยู่ที่การดูการรบกวนที่เกิดจากต้นเหตุ เช่น การเปลี่ยนแปลงโหลด ในกรณีนี้ ระเบียบนี้เรียกว่า ระเบียบการรับน้ำหนัก

วิธีการควบคุมร่วมกัน (ดูรูปที่ 2, c) รวมสองวิธีก่อนหน้านี้: โดยการเบี่ยงเบนและความชั่วร้าย ใช้ในการสร้างระบบอัตโนมัติที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมคุณภาพสูง

ดังรูปต่อไปนี้ 2 ในแต่ละวิธีการปรับ แต่ละระบบการปรับอัตโนมัติประกอบด้วยส่วนที่ปรับได้ (วัตถุปรับ) และการปรับ (ตัวควบคุม) ในทุกกรณี ผู้ควบคุมต้องมีองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนซึ่งวัดค่าความเบี่ยงเบนของตัวแปรควบคุมจากค่าที่กำหนด เช่นเดียวกับหน่วยงานกำกับดูแลที่รับรองการคืนค่าของค่าที่ตั้งไว้ของตัวแปรควบคุมหลังจากการเบี่ยงเบน

หากในระบบตัวควบคุมได้รับผลกระทบโดยตรงจากองค์ประกอบการตรวจจับและถูกกระตุ้นโดยมัน ระบบควบคุมดังกล่าวจะเรียกว่าระบบควบคุมโดยตรงและตัวควบคุมจะเรียกว่าตัวควบคุมที่ทำหน้าที่โดยตรง

ในเรกกูเลเตอร์ที่ออกฤทธิ์โดยตรง ส่วนประกอบการตรวจจับต้องมีกำลังเพียงพอเพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของเรกกูเลเตอร์ สถานการณ์นี้จำกัดขอบเขตของการใช้กฎระเบียบโดยตรง เนื่องจากมักจะทำให้องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนมีขนาดเล็ก ซึ่งจะสร้างความยากลำบากในการได้รับความพยายามที่เพียงพอในการย้ายหน่วยงานกำกับดูแล

เพาเวอร์แอมพลิฟายเออร์ใช้เพื่อเพิ่มความไวขององค์ประกอบการวัด และได้รับพลังงานเพียงพอในการเคลื่อนย้ายตัวควบคุม เรกูเลเตอร์ที่ทำงานกับเพาเวอร์แอมป์เรียกว่าเรกูเลเตอร์ทางอ้อม และระบบโดยรวมเรียกว่าระบบเรกูเลเตอร์ทางอ้อม

ในระบบควบคุมทางอ้อม กลไกเสริมถูกใช้เพื่อเคลื่อนย้ายหน่วยงานกำกับดูแลที่ทำหน้าที่จากแหล่งพลังงานภายนอกหรือเนื่องจากพลังงานของวัตถุควบคุม ในกรณีนี้ องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนจะทำหน้าที่เฉพาะกับส่วนควบคุมของกลไกเสริมเท่านั้น

การจำแนกประเภทของวิธีการควบคุมอัตโนมัติตามประเภทของการดำเนินการควบคุม

สัญญาณควบคุมถูกสร้างขึ้นโดยระบบควบคุมตามตัวแปรอ้างอิงและสัญญาณจากเซ็นเซอร์ที่วัดค่าจริงของตัวแปรควบคุม สัญญาณควบคุมที่ได้รับจะถูกส่งไปยังเรกูเลเตอร์ ซึ่งจะแปลงเป็นการควบคุมการทำงานของไดร์ฟ

ตัวกระตุ้นจะบังคับให้ส่วนควบคุมของวัตถุอยู่ในตำแหน่งที่ค่าที่ควบคุมนั้นมีแนวโน้มที่จะเป็นค่าที่ตั้งไว้ ระหว่างการทำงานของระบบ ค่าปัจจุบันของตัวแปรควบคุมจะถูกวัดอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นสัญญาณควบคุมก็จะถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม การดำเนินการควบคุมของไดรฟ์อาจต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ของตัวควบคุม ในรูป 4, a แสดงเส้นโค้งเบี่ยงเบน Δu ของค่าที่ควบคุม y ตามเวลาจากค่าที่ตั้งไว้ y0 ในขณะเดียวกันในส่วนล่างของรูป จะแสดงให้เห็นว่าการดำเนินการควบคุม Z ต้องเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องอย่างไรมันขึ้นอยู่กับสัญญาณควบคุมเชิงเส้นและเกิดขึ้นพร้อมกันในเฟส

ข้าว. 4. ไดอะแกรมของอิทธิพลด้านกฎระเบียบประเภทหลัก: a - ต่อเนื่อง, b, c - เป็นระยะ, d - รีเลย์

หน่วยงานกำกับดูแลที่ก่อให้เกิดผลกระทบดังกล่าวเรียกว่าหน่วยงานกำกับดูแลอย่างต่อเนื่อง และหน่วยงานกำกับดูแลเองก็เป็นหน่วยงานกำกับดูแลอย่างต่อเนื่อง... หน่วยงานกำกับดูแลที่สร้างขึ้นบนหลักการนี้จะทำงานก็ต่อเมื่อมีการดำเนินการควบคุม นั่นคือ จนกว่าจะมีการเบี่ยงเบนระหว่างค่าจริงและที่กำหนด ค่าของตัวแปรควบคุม

หากในระหว่างการทำงานของระบบอัตโนมัติ การดำเนินการควบคุมด้วยสัญญาณควบคุมต่อเนื่องถูกขัดจังหวะในช่วงเวลาหนึ่งหรือถูกจัดให้อยู่ในรูปของพัลส์ที่แยกจากกัน ดังนั้นตัวควบคุมที่ทำงานบนหลักการนี้จะเรียกว่าตัวควบคุมเป็นระยะ (ขั้นตอนหรือพัลส์).. โดยหลักการแล้ว มีสองวิธีที่เป็นไปได้ในการสร้างการดำเนินการควบคุมเป็นระยะ

ในรูป 4, b และ c แสดงกราฟของการควบคุมแบบไม่ต่อเนื่องโดยมีค่าเบี่ยงเบนต่อเนื่อง Δ จากค่าที่ควบคุม

ในกรณีแรก การดำเนินการควบคุมจะแสดงด้วยพัลส์แยกกันที่มีระยะเวลาเท่ากัน Δt ตามด้วยช่วงเวลาเท่ากัน T1 = t2 = t ในกรณีนี้ ขนาดของพัลส์ Z = e(t) เป็นสัดส่วนกับค่าของ สัญญาณควบคุมในช่วงเวลาของการก่อตัวของการควบคุม

ในกรณีที่สอง พัลส์ทั้งหมดมีค่าเท่ากัน Z = e(t) และตามด้วยช่วงเวลาปกติ T1 = t2 = t แต่มีระยะเวลาต่างกัน ΔT ในกรณีนี้ ระยะเวลาของพัลส์จะขึ้นอยู่กับค่าของสัญญาณควบคุมในขณะที่เกิดการควบคุมการดำเนินการด้านกฎระเบียบจากหน่วยงานกำกับดูแลจะถูกโอนไปยังหน่วยงานกำกับดูแลพร้อมกับความไม่ต่อเนื่องที่สอดคล้องกัน เนื่องจากหน่วยงานกำกับดูแลยังเปลี่ยนตำแหน่งด้วยความไม่ต่อเนื่อง

ในทางปฏิบัติยังใช้กันอย่างแพร่หลาย ระบบควบคุมรีเลย์... ลองพิจารณาหลักการทำงานของรีเลย์ควบคุมโดยใช้ตัวอย่างการทำงานของตัวควบคุมที่มีการควบคุมสองตำแหน่ง (รูปที่ 4, ง)

ตัวควบคุมการเปิด-ปิดรวมถึงตัวควบคุมที่มีตำแหน่งคงที่เพียงสองตำแหน่ง: หนึ่ง — เมื่อค่าเบี่ยงเบนของค่าที่ควบคุมเกินขีดจำกัดค่าบวกที่ตั้งไว้ + Δy และอื่น ๆ — เมื่อค่าเบี่ยงเบนเปลี่ยนเครื่องหมายและถึงขีดจำกัดค่าลบ -Δy

การปรับในทั้งสองตำแหน่งมีค่าสัมบูรณ์เท่ากันแต่ต่างกันที่เครื่องหมาย และการดำเนินการนี้ผ่าน Governor ทำให้ Governor เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในลักษณะที่ค่าสัมบูรณ์ของการโก่งตัวลดลงเสมอ หากค่าเบี่ยงเบน Δу ถึงค่าบวกที่อนุญาต + Δу (จุดที่ 1) รีเลย์จะทริกเกอร์และการดำเนินการควบคุม -Z จะกระทำกับวัตถุผ่านเรกูเลเตอร์และหน่วยงานควบคุมซึ่งอยู่ตรงข้ามกันในเครื่องหมาย แต่เท่ากันใน ขนาดของค่าบวกของการดำเนินการควบคุม + Z ส่วนเบี่ยงเบนของค่าที่ควบคุมจะลดลงหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง

เมื่อถึงจุดที่ 2 ค่าเบี่ยงเบน Δy จะเท่ากับค่าลบที่อนุญาต -Δy รีเลย์จะทำงานและการดำเนินการควบคุม Z จะเปลี่ยนเครื่องหมายเป็นตรงกันข้าม ฯลฯ คอนโทรลเลอร์รีเลย์เมื่อเทียบกับคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ นั้นเรียบง่ายในการออกแบบ ค่อนข้างถูกและใช้กันอย่างแพร่หลายในสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านั้นซึ่งไม่จำเป็นต้องมีความไวสูงต่ออิทธิพลรบกวน