Презентация к лекции1 Powerpoint presentation

http://web.tech-park.ru/sktp/?link=81&name=arm&pos=9
Лекция 1
«ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО
АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ
И ОБЪЕКТОВ»
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ
•
•
•
•
Для осуществления автоматического управления создается система,
состоящая из управляемого объекта и тесно связанного с ним
управляющего устройства.
Целенаправленные процессы, выполняемые человеком для удовлетворения
различных потребностей, представляют собой организованную и
упорядоченную совокупность действий—операций, которые делятся на два
основных вида: рабочие операции и операции управления.
К рабочим операциям относятся действия, непосредственно необходимые
для выполнения процесса в соответствии с теми природными законами,
которыми определяется ход данного процесса. Замена труда человека в
рабочих операциях называется механизацией. Цель механизации состоит в
высвобождении человека в тяжелых операциях, требующих больших затрат
физической энергии, во вредных операциях, в «рутинных» операциях .
Для правильного и качественного выполнения рабочих операций
необходимы сопровождающие их действия другого рода—операции
управления, посредством которых обеспечиваются в нужные моменты
начало, порядок следования и прекращение рабочих операций, выделяются
необходимые для их выполнения ресурсы, придаются нужные параметры
самому. Совокупность управляющих операций образует процесс
управления.
http://rabotahdf.lamfw.coalnet.ru
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ
ОБЪЕКТАМИ
Замена труда человека в операциях управления называется
автоматизацией, а технические устройства, выполняющие операции
управления,— автоматическими устройствами.
Совокупность технических устройств (машин, орудий труда, средств
механизации), выполняющих данный процесс, с точки зрения
управления является объектом управления.
Совокупность средств управления и объекта образует систему
управления.
Система, в которой все рабочие и управляющие операции выполняются
автоматическими устройствами без участия человека, называется
автоматической системой.
Система, в которой автоматизирована только часть операций
управления, а другая часть (обычно наиболее ответственная)
выполняется людьми, называется автоматизированной (или
полуавтоматической) системой.
http://web.tech-park.ru/sktp/?link=81&name=arm&pos=9
При автоматизации управления техническими процессами возникает
необходимость в различных группах операций управления.
• операции начала (включения), прекращения (отключения) данной
операции и перехода от одной операции к другой (переключения);
• измерении значений координат и представлении результатов измерения в
удобной для человека-оператора форме;
• операции по поддержанию заданного закона изменения координат .
Необходимость в управлении значениями координат - возникает в том
случае, когда нормальный ход процесса нарушается в результате
различного рода возмущений – изменения нагрузки, воздействия
внешней среды или внутренних помех.
Рисунок 1
На схеме (рис. 1, а) объект представлен
прямоугольником О, а управляемые координаты,
часто называемые выходными величинами объекта
- стрелками: одиночными, если они изображают
скалярные величины, х1, х2 ..., или двойными, если
они изображают векторы (рис. 1,6). На схеме (рис. 1,
а) показаны возмущения f={f1,f2…fm} - действующие
на вход объекта О, и воздействия или управления и
={u1, u2…ul } прикладываемые к объекту О, с
помощью которого координаты х могут изменяться.
Переменные х, и и f в зависимости от природы
объекта
могут
быть
связаны
различными
математическими соотношениями.
В общем виде это можно записать так:
x=A(u,f)t ,
где А – оператор объекта , определяющий вид математической зависимости.
В простейшем случае, когда это функциональная зависимость:
x=F(u,f)t
объект называется статическим или безинерционным, а
ее графическое
изображение статической характеристикой объекта. Алгоритм функционирования
показывает, как должна изменяться величина x(t) по требованиям технологии,
экономики или по другим соображениям.
В основе используемых в технике алгоритмов управления лежат некоторые общие
фундаментальные принципы управления, определяющие, как осуществляется увязка
алгоритма управления с заданным и фактическим функционированием, или с
причинами, вызвавшими отклонение. Используются три фундаментальных принципа:
• Принцип разомкнутого управления.
Рисунок 2 – Принцип разомкнутого управления.
Схема управления (рис. 2, а) имеет при этом вид разомкнутой цепи: блок
управления
БУ
приводится
в
действие
задатчиком
алгоритма
функционирования ЗАФ (сигнал х0) и воздействует на объект О (сигнал n) так,
чтобы значение управляемой величины х было равно или близко к заданному
х0. Близость х к х0 обеспечивается жесткостью характеристик схемы. При
наличии значительных возмущающих воздействий f величина х может заметно
отклониться от заданной, при этом управление станет непригодным и следует
использовать другие принципы управления.
• Принцип
управления по отклонению (принцип обратной связи).
Рисунок 3 – Принцип обратной связи
В соответствии с ним воздействие на регулирующий орган объекта РО вырабатывается как
функция отклонения ε регулируемой величины x(t) от предписанного значения x0(t):
u=f(ε); ε(t) = x0(t) – x (t)
(3)
Функция F должна быть неубывающей функцией ε и быть одного с ε знака. Кроме ε
аргументами F могут быть также производные и интегралы ε по времени, при этом считают, что
системы с введением производных и интегралов также относятся к системе управления по
отклонению, если ε присутствует среди аргументов. Управление в функции отклонения при
упомянутых требованиях к функции F называется
регулированием по отклонению.
Управляющее устройство в этом случае называется автоматическим регулятором. Объект О
(рис. 3), регулятор Рег и регулирующий орган объекта РО образуют замкнутую систему,
называемую
системой
автоматического
регулирования.
Регулирующий
орган,
вырабатывающий воздействие и в соответствии с алгоритмом управления, по отношению к
объекту образует отрицательную обратную связь, поскольку знак u, как показывает формула (3),
обратен знаку х.
•
Принцип регулирования по возмущению (принцип компенсации).
Рисунок 4 – Схема регулирования по возмущению
Функциональная схема регулирования по возмущению показана на рис. 4, а,
где РВ - регулятор по возмущению, О — объект, РО — регулирующий орган
объекта. Так как отклонение регулируемой величины зависит не только от
управления u, но и возмущающего воздействия z:
ε = F1(u, z)
то в принципе можно сформулировать закон управления и = F2(z) так, чтобы в
установившемся режиме отклонение отсутствовало:
ε = F1[z, F2(z)] = 0.
Как указывают приведенные зависимости, управление вырабатывается в
функции возмущения z так, чтобы его действие на систему компенсировалось.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие два вида операций, выполняемые
человеком для удовлетворения различных
потребностей, известны?
2. Что называется автоматизацией?
3. Что называется автоматической системой?
4. В чем сущность принципа разомкнутого
управления?
5. Что называется главной обратной связью?
http://www.shutterstock.com/pic-46612744/stock-photo-automation.html
Спасибо за внимание!