Регулятор с упреждением по возмущающему воздействию. Принцип построения, работа, преимущества и недостатки.

Регулятор в составе цифровой системы управления по определению является дискретным. Однако большинство динамических систем описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями. Аналоговый регулятор можно спроектировать на основе описания непрерывной системы с помощью передаточной функции или в пространстве состояний. Для того чтобы аналоговый регулятор реализовать компьютерными средствами, его модель необходимо подвергнуть процедуре квантования. При цифровом управлении можно идти другим путем, а именно ‑ использовать в качестве исходной дискретную динамическую модель процесса, а затем спроектировать регулятор непосредственно по этой модели.

Если регулятор сначала проектируется как аналоговый, а затем преобразуется в дискретную форму, то интервал выборки обычно меньше, чем в случае, если он спроектирован на основе дискретной модели. Это означает более высокую загрузку управляющего процессора, что может затруднить или сделать невозможным построение системы управления с требуемыми характеристиками.

С некоторыми допущениями можно считать, что все линейные регуляторы с одним входом и одним выходом можно представить в обобщенном виде

u(k·h)=-r₁·u[(k-1)·h]-…-r_n·u[(k-n)·h]+

+t₀·u_з(k·h)+t₁·u_з[(k-1)·h]+ … +t_n·u_з[(k-n)·h]- (1.31)

-s₀·y(k·h)-s₁·y[(k-1)·h]-… -s_n·y[(k-n)·h]

где u ‑ это выход регулятора (управляющая переменная физического процесса, u_з ‑ опорное (задающее) значение, у ‑ выходной сигнал (управляемая переменная) физического процесса. Параметр n представляет собой порядок регулятора. Обычно регулятор может рассматриваться как частный случай обобщенного дискретного регулятора при n=2. Хотя большинство процессов в действительности нелинейны, тем не менее, с помощью линейных регуляторов возможно успешно управлять значительной частью таких систем.

Простейшие регуляторы реализуют коррекцию управлений по рассогласованию между заданным и реальным значениями управляемого параметрами. Такое рассогласование может быть обусловлено с одной стороны – изменением задающего воздействия, с другой стороны – внешними возмущениями. В первом случае имеет место "известное" возмущение. Можно построить регулятор, который будет использовать соответствующую информацию для упреждающего управления (feedforward control).

В структуре такого регулятора два контура (рис. 1.5)

Рис. 1.7. Структура регулятора с упреждением.

Контур упреждающего управления контролирует изменение задающего сигнала и формирует корректирующую поправку к выходному сигналу управления для того, что бы система более оперативно, с минимальной погрешностью реагировала на входной сигнал.

Если возмущения, действующие на управляемую систему, имеют предсказуемое поведение и их можно измерить, то можно провести упреждающее управление до того, как выходной параметр изменится значительно. В этом случае регулятор обеспечивает упреждающее управление по возмущению (feedforward from process disturbances), которое в определенных случаях позволяет существенно улучшить качество управления. Эти способы упреждающего управления базируются на предположении относительно будущего поведения системы. Для этого упреждающие регуляторы должны включать в себя модель динамики управляемой технической системы.