один из фундаментальных принципов. Этому способствует и то, что общих правил построения разомкнутых цепей можно выделить не много. Основные правила, полезные конструктору, существенно зависят от частных свойств конкретных устройств и изучаются в специальных прикладных курсах по приборостроению и машиностроению.

Упоминавшиеся вьшие операции включения, отключения и переключения часто выполняют с помощью различных логических элементов и их наборов (выключателями, реле, элементами И, НЕ, ИЛИ и др.), каждый из которых может представлять собой элемент с управлением по разомкнутой цепи.

Другим типом этих элементов могут быть датчики программы, состоящей из устройства запуска программного элемента и самого программного элемента (например, устройство пуска и барабан музыкальной шкатулки, магнитофон, профилированный кулачковый механизм, приводимый в движение двигателем и осуществляющий перемещение рабочего инструмента по заданному контуру, и т. п.).

Следующим типом элементов являются линейные преобразователи. Один вид таких преобразователей осуществляет пропорциональное преобразование одной физической величины в другую, более удобную для использования, другой их вид - усилители - имеют на входе и выходе одну и ту же физическую величину, но с различными значениями ее количественньпс показателей. Используются также нелинейные функциональные преобразователи.

К элементам разомкнутого типа можно отнести и многие счетно-решающие элементы, выполняющие операции дифференцирования, интегрирования и формирования разных дифференциально-интегральных операторов.

Принцип компенсации (управление по вошущению). Если возмущающие воздействия настолько велики, что разомкну-. тая цепь не обеспечивает требуемой точности выполнения алгоритма функционирования, то для повышения точности иногда возможно, измерив возмущение, ввести по результатам измерения коррективы в алгоритм управления, которые компенсировали бы вызываемые возмущениями отклонения алгоритма функционирования.

Так как отклонение регулируемой величины зависит не только от управляющего U, но и от возмущающего z воздействия, т. е. X = Fi (Uj, z), то в принципе можно подобрать управление U = р2 (z) таким образом, чтобы в установившемся режиме отклонение отсутствовало, т. е. Ах = Xq - {щ, г) 0.

Так, в простейшем линейном случае, если характеристика объекта в статике Xq = ku - z, то, выбирая и = = Хд/Ко + К 1Ку получим X = Ao == const.

функциональная схема регулирования по возмущению по- казана на рис. 1.2, б. Примерами систем компенсации могут служить: известная из физики биметаллическая система стержней с разными коэффициентами теплового расширения в маятнике хронометра, обеспечивающая постоянство длины маятника при колебаниях температуры; схема компаундирования генератора постоянного тока, обеспечивающая неизменность напряжения при колебаниях тока нагрузки (рис. 1.3). Если э. д. с. генератора - йФ линейно зависит от его потока возбуждения Фв. а уменьшение напряжения вызвано только активным сопротивлением якоря, т. е. пропорционально току нагрузки, то для поддержания постоянства заданного напряжения надо изменять э. д. с. генератора в функции тока нагрузки по закону = IRa + го- Такое изменение осуществляют с помощью дополнительной компаундной обмотки КО, по которой проходит ток / , равный или пропорциональный току якоря /. с помощью компаундирования, выбирая коэффициент пропорциональности при /, можно уменьшить ста-тизм характеристики 6, сделать его равным нулю или изменить знак статизма, получив возрастание напряжения при росте нагрузки (перекомпенсация). Следует подчеркнуть, что компенсация достигается только по измеряемым возмущениям Так, в приведенном примере не компенсируются колебания температуры, скорости приводного двигателя и ряд других факторов, вследствие чего ошибку нельзя свести к нулю даже при идеальном компаундировании.

Принцип регулирования паровой машины по моменту сопротивления на ее валу был предложен в 1830 г. французским инженером Ж- Понселе, однако реализовать свое предложение на практике ему не удалось, потому что динамические свойства машины (астатизм) не допускали непосредственного использования принципа компенсации. В 1940 г. Г. В. Щипа-нов предложил принцип достижения независимости управляемой величины от возмущений - так называемый принцип инвариантности. Г. В. Щипанов пытался получить компенсацию путем соответствующего подбора связей в регуляторе, не измеряя непосредственно возмущение. Он получил матема- Рис. 1.3

тические условия для такого подбора, но попытки реализовать эти условия наталкивались на физическую нереализуемость. Это вызвало в свое время острую длительную дискуссию, в которой крупные специалисты вообще ставили под сомнение возможность самого принципа инвариантности. В. С. Кулебакин в 1948 г. и Б. Н. Петров в 1955 г. показали, как следует строить системы, чтобы в них можно было реализовать принцип инвариантности.

Принцип обратной связи. Регулирование по отклонению. Систему можно построить и так, чтобы точность выполнения алгоритма функционирования обеспечивалась и без измерения возмущений. На рис. 1.2, в показана схема, в которой коррективы в алгоритм управления вносятся по фактическому значению координат в системе. Для этой цели в конструкцию системы вводят дополнительную связью, в которую могут входить элементы для измерения х и для выработки корректирующих воздействий на управляющее устройство. Схема имеет вид зам кнутой цепи, что дало основание назвать осуществляемый в ней принцип принципом управления по замкнутому контуру. Введенную дополнительную цепь называют цепью обратной связи, так как направление передачи воздействий в дополнительной связи обратно направлению передачи основного воздействия на объект.

Схема, изображенная на рис. 1.2, в, представляет собой наиболее общий вид замкнутых систем. По такой схеме строят, например, многие преобразовательные и счетно-решающие элементы. В управлении же наиболее широко распространен частный вид замкнутых систем, в которых коррекцию алгоритма управления осуществляют не непосредственно по значениям координат X, а по их отклонениям от значений, определяемым алгоритмом функционирования Xq, т. е. Лх = х- х.

Схема, реализующая эту разновидность управления с обратной связью, показана на рис. 1.2, г, в которой: элемент 1 задает алгоритм функционирования, а элемент сравнения - сумматор 2 - осуществляет вычитание х из х, т. е. вырабатывает величину Ах, называемую отклонением или ошибкой управления. Часто оказывается целесообразным вырабатывать управляющее воздействие в функции не только Лх, но также его производных и интегралов по времени:

ы=/( Дх,Дх,..., I ДхЛ,... ,Дх = Хо-X. (1.3).

V. о /