Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения




Скачать 109.14 Kb.
НазваниеЛекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения
Дата публикации27.03.2013
Размер109.14 Kb.
ТипЛекция
uchebilka.ru > Информатика > Лекция
Лекция 1
Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления. основные понятия и определения.
План

1. Управление, основные понятия и определения.

2. Понятие автоматизированного и автоматического управления.


3. Классификация АСУ.


Понятие управления является одним из наиболее фундаментальных и всеобъемлющих в повседневной практике всех ячеек общества и различных организаций, общественно-государственной деятельности и особенно в современных системно-кибернетических науках.

^ Задача всякого управления – организация и реализация целенаправленного взаимодействия на объект управления. Управление представляет собой процесс изыскания и реализации мер по переводу объекта в желаемое состояние.

Понятие управления связано с такими понятиями как «объект управления», «воздействие» и «цель».

^ Объект управления – та часть окружающего мира, состояние которой представляет интерес для субъекта в данной ситуации и на которую он может воздействовать целенаправленно (рис. 1). При выделении объекта управления должны выполняться по крайней мере 2 условия:

  1. на объект можно воздействовать;

  2. это воздействие в принципе может приблизить нас к осуществлению поставленных целей в объекте, т.е. изменить его состояние в желательном для нас направлении.




Рис. 1. Объект управления и его взаимодействие со средой и управлением:

X – канал воздействия среды на объект;

Y – канал воздействия объекта на среду;

U – канал воздействия управления на объект

Первым этапом всякого управления является выделение объекта и выявление каналов воздействий X, Y, U.

Понятие «воздействие» при решении задач управления рассматриваются только в информационном смысле. Выделение объекта управления и выделение каналов воздействия должно производиться только с точки зрения заданной цели управления.

^ Цель управления – совокупность условий, свойств и требований, которым должен удовлетворять объект управления.

Алгоритм управления – совокупность правил, методов и способов, позволяющих образовать (синтезировать) целенаправленное воздействие (управление), если известно действительное состояние объекта управления. Другими словами, алгоритм управления это инструкция о том, как добиваться целей управления в разных ситуациях. Наличие алгоритма управления является необходимым условием существования всякой системы управления.

При объединении объекта управления и управляющего устройства, реализующего алгоритм управления, получаем систему управления.

^ Системой управления называют такую совокупность объекта управления и управляющего устройства, процесс взаимодействия которых приводит к выполнению поставленной цели управления (рис. 2).

Рис. 2. Система управления:

, – каналы получения информации об объекте управления
Цель и алгоритм управления по отношению к системе управления имеют внешний характер. Это связано с тем, что цель управления и алгоритм определяются не данной системой управления, а другой более высокого уровня.

Таким образом, всякое управление характеризуется четырьмя аспектами:

1) канал управляющего воздействия U на объект;

2) каналы, по которым получается информация об объекте, необходимая для синтеза управляющего воздействия (, );

3) цель управления;

4) алгоритм управления.

^ Субъект управления – конкретные лица, управляющие системы коллективов, организаций, предприятий, ведомств, государств.

Для того, чтобы объекты достигли поставленных целей, субъект должен осуществлять управляющие воздействия, приводящие к желаемым изменениям управляемых параметров в объектах, обусловленные целями или заданной программой.

Таким образом, управление- это процесс, направленный на достижение определенных целей на основе имеющейся информации.

Формально управление можно представить как результат работы алгоритма в зависимости от целей Z* и полноты информации I:
,
где – информация;

- цели управления.

Возможны другие определения управления.

Управление – это воздействия, направленные на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с управляемой программой или целью управления.

Для производственно-технологических систем (ПТС):

Управление – это процесс такого целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект переходит в требуемое (целевое) состояние.

^ Замену труда человека в операциях управления называют автоматизацией, а технические устройства, выполняющие операции управления – автоматическими устройствами. Совокупность технических средств-машин, орудий труда, средств механизации, выполняющих данный процесс, с точки зрения управления, является объектом управления. Совокупность средств управления и объекта образует систему управления. Систему, в которой все рабочие и управляющие операции выполняют автоматические устройства, называют автоматической системой. Систему, в которой автоматизирована только часть операций, другая же их часть (обычно наиболее ответственная) сохраняется за людьми, называют автоматизированной (частично автоматической) системой. Существует государственный стандарт (ГОСТ 34.003-90), содержащий общетехнические термины и пояснения, применяемые в области автоматизированных систем. Согласно этому стандарту, автоматизированная система (AC) – это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций.

Слово «автоматизация» происходит от греческого слова «автоматос», что означает «самодвижущийся». Мы понимаем термин «автоматизация» не как дословный перевод греческого слова «автоматос», а как такую операцию производственного процесса, в которой все действия, необходимые для ее выполнения, включая и управление протеканием процесса, происходят без непосредственного участия человека. Человек только налаживает устройства и контролирует их работу.

^ Классификация АСУ может быть осуществлена по различным принципам и признакам, характеризующим назначение и конструкцию систем, вид применяемой энергии, используемые алгоритмы управления и функционирования и т.д.

В зависимости от характера изменения задающего воздействия во времени АСУ разделяют на три класса:

- стабилизирующие;

- программные;

- следящие.

^ Стабилизирующая АСУ – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать значение управляемой величины постоянным: x(t) ≈ xз = const. Стабилизирующие АСУ самые распространенные в промышленной автоматике. Их применяют для стабилизации различных физических величин, характеризующих состояние технологических объектов. Примером стабилизирующей АСУ является система регулирования возбуждения синхронного генератора.

^ Программная АСУ – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую величину в соответствии с заранее заданной функцией времени: x(t) ≈ xз(t) = fп(t).

^ Следящая АСУ – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую величину в соответствии с заранее неизвестной функцией времени: x(t) ≈ xз(t) = fс(t).

В стабилизирующих, программных и следящих АСУ цель управления заключается в обеспечении равенства или близости управляемой величины x(t) к ее заданному значению xз(t). Такое управление, осуществляемое с целью поддержания x(t) ≈ xз(t), называется регулированием.

Управляющее устройство, осуществляющее регулирование, называется регулятором, а сама система – системой регулирования.

В зависимости от конфигурации цепи воздействий различают три вида АСУ:

- с разомкнутой цепью воздействий (разомкнутая система);

- с замкнутой цепью воздействий (замкнутая система);

- с комбинированной цепью воздействий (комбинированная система).

^ Разомкнутая АСУ – система, в которой не осуществляется контроль управляемой величины, т.е. входными воздействиями ее управляющего устройства являются только внешние (задающее и возмущающее) воздействия.

Разомкнутые АСУ можно разделить в свою очередь на два типа:

- осуществляющие управление в соответствии с изменением только задающего воздействия;

- осуществляющие управление в соответствии с изменением и задающего и возмущающего воздействий.

Алгоритм управления разомкнутой системы первого типа имеет вид y(t) = Ay[xз(t)].

Оператор Аy устанавливает пропорциональную связь между задающим воздействием xз(t) и управляющим воздействием y(t), а сама система в этом случае осуществляет программное управление.

Системы первого типа работают с достаточной эффективностью лишь при условии, если влияние возмущений на управляемую величину невелико и все элементы разомкнутой цепи обладают достаточно стабильными характеристиками.

В системах управления по возмущению управляющее воздействие зависит от возмущающего и задающего воздействий: y(t) = Ay[xз(t), z(t)].

В большинстве случаев разомкнутые системы управления по возмущению выполняют функции стабилизации управляемой величины.

Преимущество разомкнутых систем управления по возмущению – их быстродействие: они компенсируют влияние возмущения еще до того, как оно проявится на выходе объекта. Но применимы эти системы лишь в том случае, если на управляемую величину действуют одно или два возмущения и есть возможность измерения этих возмущений. Например, сравнительно легко можно измерять температуру, расход воды, ток нагрузки генератора. Поэтому если эти величины действуют на объект как возмущения, то обычно стремятся стабилизировать их при помощи дополнительной системы или ввести в основную систему управления данным объектом сигнал, пропорциональный такому воздействию.

^ Замкнутая АСУ (АСУ с обратной связью) – система, в которой входными воздействиями ее управляющего устройства являются как внешнее (задающее), так и внутреннее (контрольное) воздействия.

Управляющее воздействие в замкнутой системе формируется в большинстве случаев в зависимости от величины и знака отклонения истинного значения управляемой величины от ее заданного значения: y(t) = Ay[ε(t)], где ε(t) = xз(t) - x (t) – сигнал ошибки (сигнал рассогласования). Замкнутую систему называют часто системой управления по отклонению.

В замкнутой системе контролируется непосредственно управляемая величина и тем самым при выработке управляющего воздействия учитывается действие всех возмущений, влияющих на управляемую величину. В этом заключается преимущество замкнутых систем. Но из-за наличия замкнутой цепи воздействий в этих системах могут возникать колебания, которые в некоторых случаях делают систему неработоспособной. Кроме того, сам принцип действия замкнутых систем (принцип управления по отклонению) допускает нежелательные изменения управляемой величины: вначале возмущение должно проявиться на выходе, система “почувствует” отклонение и лишь потом выработает управляющее воздействие, направленное на устранение этого отклонения. Такая “медлительность” снижает эффективность управления. Несмотря на наличие определенных недостатков, этот принцип управления широко применяется при создании АСУ.

^ Комбинированная АСУ – система, в которой входными воздействиями ее управляющего устройства являются как внешние (задающее и возмущающее), так и внутреннее (контрольное) воздействия.

В комбинированных системах имеется две цепи воздействий – по заданию и по возмущению, и управляющее воздействие формируется согласно оператору y(t) = Aз[ε(t)] + Aв[z(t)].

Эффективность работы комбинированной АСУ всегда больше, чем у порознь функционирующих замкнутой или разомкнутой систем.

В зависимости от способа выработки управляющего воздействия замкнутые АСУ разделяют на:

• беспоисковые;

• поисковые.

^ Беспоисковая АСУ – АСУ, в которой управляющее воздействие вырабатывается в результате сравнения истинного значения управляемой величины с заданным значением.

Такие системы применяют для управления сравнительно несложными объектами, характеристики которых достаточно хорошо изучены и для которых заранее известно в каком направлении и на сколько нужно изменить управляющее воздействие при определенном отклонении управляемой величины от заданного значения.

^ Поисковая АСУ – АСУ, в которой управляющее воздействие формируется с помощью пробных управляющих воздействий и путем анализа результатов этих пробных воздействий.

Такую процедуру поиска правильного управляющего воздействия приходится применять в тех случаях, когда характеристики объекта управления меняются или известны не полностью; например, известен вид зависимости управляемой величины от управляющего воздействия, но неизвестны числовые значения параметров этой зависимости. Поэтому поисковые системы называют еще системами с неполной информацией.

Наиболее часто принцип автоматического поиска управляющих воздействий применяют для управления объектами, характеристики которых имеют экстремальный характер. Целью управления является отыскание и поддержание управляющих воздействий, соответствующих экстремальному значению управляемой величины. Такие поисковые системы называют экстремальными (оптимальными) системами.

Особый класс АСУ образуют системы, которые способны автоматически приспосабливаться к изменению внешних условий и свойств объекта управления, обеспечивая при этом необходимое качество управления путем изменения структуры и параметров управляющего устройства. Они называются адаптивными (самоприспосабливающимися) системами. В составе адаптивной АСУ имеется дополнительное автоматическое устройство, которое меняет алгоритм управления основного управляющего устройства таким образом, чтобы АСУ в целом осуществляла заданный алгоритм функционирования. Алгоритм функционирования адаптивной АСУ предписывает обычно максимизацию показателя качества, который характеризует либо свойства процесса управления в АСУ в целом (быстродействие, точность и т.д.), либо свойства процессов, протекающих в объекте управления (производительность, достижение наивысшего коэффициента полезного действия, минимизация затрат и т. д.). Поэтому адаптивные АСУ являются, как правило, еще и оптимальными.

По некоторым дополнительным признакам АСУ классифицируются следующим образом.

В зависимости от вида сигналов, действующих в системах, АСУ разделяют на непрерывные и дискретные.

^ Непрерывная АСУ – АСУ, в которой действуют непрерывные (аналоговые), определенные в каждый момент времени сигналы.

Дискретная АСУ – АСУ, в которой действует хотя бы один дискретный, определенный только в некоторые моменты времени сигнал.

К дискретным АСУ относятся, например, АСУ, имеющие в своем составе цифровые вычислительные устройства: микропроцессоры, контроллеры, электронные вычислительные

машины.

По степени зависимости управляемой величины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия АСУ делят на статические и астатические.

^ Статическая АСУ – АСУ, в которой имеется зависимость управляемой величины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.

Астатическая АСУ – АСУ, в которой отсутствует зависимость управляемой величины в установившемся режиме от величины возмущающего воздействия.

По виду дифференциальных уравнений, описывающих элементы АСУ они делятся на линейные и нелинейные.

^ Линейные АСУ – АСУ, все элементы которых описываются линейными дифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.

Нелинейные АСУ – АСУ, хотя бы один элемент которой описывается нелинейными дифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.

В зависимости от принадлежности источника энергии, при помощи которого создается управляющее воздействие, различают АСУ прямого и непрямого действияю.

АСУ прямого действия – АСУ, в которой управляющее воздействие создается при помощи энергии объекта управления. К ним относятся простейшие системы стабилизации (уровня, расхода, давления и т. п.), в которых воспринимающий элемент через рычажную систему непосредственно действует на исполнительный орган (заслонку, клапан и т.д.).

АСУ непрямого действия – АСУ, в которой управляющее воздействие создается за счет энергии дополнительного источника.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconРуководство пользователя «Счет на ладони»
...

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconРуководство пользователя «Mobile Cost Optimizer»
...

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconКонспект лекций Уфа 2006 содержание основные понятия и определения....
Основные понятия и определения. Классификация методов навигации и навигационных систем

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconТема: Общие сведения о программном обеспечении, классификация, основные...
...

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconСтатья I. Общие положения статья II. Основные понятия, определения и сокращения

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconНака з
Кп используется в автоматизированных системах управления для решения таких задач

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения icon1. Введение в основные понятия: проблемы и определения Тема 2
Книга подготовлена в рамках проекта jep программы Европейского сообщества tempus/tacis

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconВ. Р. Цибульский, А. В. Ветошкин Неравновесные макросистемы: основные понятия и определения[1]
«емкости» или определенных групп потребителей и производителей соответственно; в транспортных системах это пользователи транспортными...

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconИнформационная оценка цифрового представления сигналов в системах реального времени
Ьных средств в автоматизированных системах управления подвижными объектами, технологическими процессами, цифро-аналоговых моделирующих...

Лекция 1 Тема: Общие сведения о автоматизированных системах управления основные понятия и определения iconЛекция тема: одонтогенные и стоматогенные
Общие сведения. Под флегмо­ной подразумевается гнойное разлитое вос­паление клетчатки, расположенной под кожей, слизистой оболочкой,...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<