Системы программного управления, следящие системы

Если задающие воздействия на объект управления формируются на основе заранее заданной программы, то такая система называется системой программного управления. Очевидно, что в составе устройства управления при этом обязательно присутствуют две части — устройство хранения и устройство воспроизведения программы. Типичным примером таких систем являются системы числового программного управления станков (ЧПУ). Это уже достаточно сложные, как правило, микропроцессорные системы управления.

Инженер-технолог проектирует вначале технологический процесс изготовления детали на станке с ЧПУ: траектории движения инструмента, тип инструмента, режим обработки, число проходов и т. д. Дальше в дело вступает инженер-программист, который на специальном языке описывает все траектории движения рабочих органов, последовательное воспроизведение которых электроприводами приведет, в конечном счете, к изготовлению детали. Эта информация в виде последовательности кадров управляющей программы записывается в запоминающее устройство. Для того чтобы внутри текущего кадра в реальном времени сформировать управляющие воздействия, используются специальные устройства воспроизведения программы — интерполяторы, которые по заданным опорным точкам траектории восстанавливают всю траекторию и, собственно, формируют управляющие воздействия.

В системах с ЧПУ эти воздействия формируются не только на основе сведений о желаемой траектории движения, но и с учетом модели привода как объекта управления. Более того, системы программного управления выполняются замкнутыми, что позволяет скорректировать погрешность воспроизведения траектории при действии неучтенных возмущений. Различают контурные и позиционные системы ЧПУ. Задача последних — не воспроизведение заданной траектории, как для контурных, а воспроизведение с требуемой точностью лишь конечного положения рабочего органа (позиции). Соответствующие электроприводы получили название контурных или позиционных.

Если задающее воздействие на объект управления меняется по заранее неизвестному закону, а цель системы управления — воспроизвести это воздействие с требуемой точностью, то такая система управления называется следящей.

Если управление ведется в различных законах изменения регулируемой координаты путем формирования различных управляющих воздействий, то такое управление называется многозонным (в частности, двухзонным). Пример — регулирование скорости в системе преобразователь — двигатель вниз от основной посредством изменения напряжения на якоре и вверх от основной — посредством ослабления поля.

Если при управлении формируется сразу несколько управляющих воздействий, такое управление называется векторным. Пример — регулирование скорости бесколлекторного двигателя постоянного тока по каналам амплитуды и фазы вектора суммарного напряжения (тока) статора. Фазовое управление при этом эквивалентно изменению угла коммутации (аналог — сдвиг щеток с нейтрали в коллекторной машине постоянного тока).

В последние годы в связи с бурным развитием микропроцессорной техники получили развитие адаптивные системы управления. Часть из них являются самонастраивающимися, т. е. такими, в которых параметры регуляторов автоматически изменяются при изменении условий эксплуатации (нагрузки, момента инерции и др.), а часть — самоорганизующимися, т. е. такими, в которых автоматически изменяются и структура (алгоритм), и параметры регуляторов. Процесс адаптации происходит в три этапа: идентификация объекта управления или системы управления в целом; расчет параметров регуляторов; настройка регуляторов и (или) изменение их структуры.