Автоматика и телемеханика
Система управления — систематизированный (строго определённый) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение, предназначенный для достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как технические объекты, так и люди. Объект системы управления может состоять из других объектов, которые могут иметь постоянную структуру взаимосвязей.
Системы управления с участием людей как объектов управления зачастую называют системами менеджмента, то есть автоматизированным управлением.
Техническая структура управления — устройство или набор устройств для манипулирования поведением других устройств или систем.
Объектом управления может быть любая динамическая система или её модель. Состояние объекта характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния. В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность определённого вещества в организме, курс ценных бумаг и т. д. Для технических объектов это механические перемещения (угловые или линейные) и их скорость, электрические переменные, температуры и т. д. Анализ и синтез систем управления проводится методами специального раздела математики — теории управления.
Структуры управления разделяют на два больших класса:
v Автоматизированная система управления (АСУ) — с участием человека в контуре управления;
v Система автоматического управления (САУ) — без участия человека в контуре управления.
Типы систем автоматического управления
Система автоматического управления, как правило, состоит из двух основных элементов — объекта управления и управляющего устройства.
По цели управления
Объект управления — изменение состояния объекта в соответствии с заданным законом управления. Такое изменение происходит в результате внешних факторов, например, вследствие управляющих или возмущающих воздействий.
Системы автоматического регулирования
Системы автоматической стабилизации. Выходное значение поддерживается на постоянном уровне (заданное значение — константа). Отклонения возникают за счёт возмущений и при включении.
Системы программного регулирования. Заданное значение изменяется по заранее заданному программному закону f. Наряду с ошибками, встречающимися в системах автоматического регулирования, здесь также имеют место ошибки от инерционности регулятора.
Следящие системы. Входное воздействие неизвестно. Оно определяется только в процессе функционирования системы. Ошибки очень сильно зависят от вида функции f(t).
Системы экстремального регулирования
Способны поддерживать экстремальное значение некоторого критерия (например, минимальное или максимальное), характеризующего качество функционирования данного объекта. Критерием качества, который обычно называют целевой функцией, показателем экстремума или экстремальной характеристикой, может быть либо непосредственно измеряемая физическая величина (например, температура, ток, напряжение, влажность, давление), либо КПД, производительность и др.
Адаптивные системы автоматического управления
Служат для обеспечения желаемого качества процесса при широком диапазоне изменения характеристик объектов управления и возмущений.
По виду информации в управляющем устройстве
Замкнутые САУ. В замкнутых системах автоматического регулирования управляющее воздействие формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины. Связь выхода системы с его входом называется обратной связью. Сигнал обратной связи вычитается из задающего воздействия. Такая обратная связь называется отрицательной.
Разомкнутые САУ.
Сущность принципа разомкнутого управления заключается в жёстко заданной программе управления. То есть управление осуществляется «вслепую», без контроля результата, основываясь лишь на заложенной в САУ модели управляемого объекта. Примеры таких систем: таймер, блок управления светофора, автоматическая система полива газона, автоматическая стиральная машина и т. п.
Характеристика САУ
В зависимости от описания переменных системы делятся на линейные и нелинейные. К линейным относятся системы, состоящие из элементов описания, которые задаются линейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями.
Если все параметры уравнения движения системы не меняются во времени, то такая система называется стационарной. Если хотя бы один параметр уравнения движения системы меняется во времени, то система называется нестационарной или с переменными параметрами.
Системы, в которых определены внешние (задающие) воздействия и описываются непрерывными или дискретными функциями во времени, относятся к классу детерминированных систем.
Системы, в которых имеет место случайные сигнальные или параметрические воздействия и описываются стохастическими дифференциальными или разностными уравнениями, относятся к классу стохастических систем.
Если в системе есть хотя бы один элемент, описание которого задается уравнением частных производных, то система относится к классу систем с распределенными переменными.
Системы, в которых непрерывная динамика, порождаемая в каждый момент времени, перемежается с дискретными командами, посылаемыми извне, называются гибридными системами.
АВТОМАТИКА, -и, ж.
1. Отрасль науки и техники, разрабатывающая теорию и методы автоматизации производственных процессов.
2. Совокупность механизмов, приспособлений, действующих автоматически.
Автоматика (автомат + ика, т.е. υκα, указывающий на научность) - область науки и техники, занимающаяся построением автоматических систем, к которым относятся автоматизированные устройства, машины, цеха, заводы и т. д., выполняющих определенные технологические функции без личного участия людей. Теоретической основой автоматики. служит техническая кибернетика. Материальной основой автоматики являются автоматические приборы, устройства, средства автоматизации, различные электронные, полупроводниковые приборы, вычислительные машины и другие автоматические системы (АС).
Автоматическая система (АС) - совокупность машин и устройств, что, взаимодействуя в производственном процессе, выполняют определенные функции по заданному законе без вмешательства человека.
Различают три класса АС:
1) системы с жестким программным управлением по неизменной последовательностью действий,
2) системы автоматического регулирования по определенным законам;
3) автоматические системы самонастройки (адаптивные системы).
Системы с жестким программным управлением по неизменной последовательностью действий выполняют свои функции исключительно по заранее установленной программе (латинское pro от греческого προ, т.е. вперед, и γραμμα - черта), которая заложена в задающем устройстве. Так действуют станки-автоматы, поточные линии и т.д., когда внешние помехи и отклонения настолько незначительны, что их можно не учитывать. Например часовые автоматы, таймеры и т.д.
Автоматический привод (АП) - автоматическое устройство для приведения в движение рабочих органов различных машин и управление ими без участия человека. Наибольшее распространение получили электрические АП, состоящих из электродвигателей и устройств автоматического пуска и управления. Последние выполняют следующие функции: автоматический пуск, торможение, остановка и реверсирование электродвигателей, а также автоматическое регулирование по заданной программе или с автоматическим выбором наиболее рациональных режимов. Некоторые сложные АП включают в себя специальные вычислительные устройства - микропроцессоры.
Системы автоматического управления по определенным законам учитывают не только данную программу, но и информацию о входящих внешние действия (системы слежения, регулирования, стабилизации и т.д.).
Автоматическая защита - одна из форм автоматического управления, применяемая для предупреждения повреждений или нарушений заданного цикла производственных установок при возникновении ненормальных режимов работы. При действии автоматической защиты: измеряются параметры контролируемых величин (например, температура, ток, напряжение, мощность, уровень и т.д.) и при отклонении их от нормальных значений производятся сигналы, предупреждающие об опасности или вызывают автоматическое отключение. Большое внимание уделяется автоматическом защиты в энергетических высоковольтных установках и звеньях. Здесь задача состоит в том, чтобы отключить поврежденное оборудование или участок сети, предупредить аварию или ограничить ее развитие.
Автоматическая синхронизация - поддержка одновременности параметров каких-либо процессов, например двух колебаний. Автоматическая синхронизация широко применяется в осциллографах, телевизионной технике, автоматике, телемеханике, телеметрии и т.д. Автоматическая синхронизация осуществляется либо автономно, т.е. независимо, или принудительно. Для принудительной синхронизации автоколебательных систем используется, в частности, явление захвата.
Автоматический контроль (АК) - автоматическое получение, обработка и регистрация информации о состоянии объекта. Процесс АК разделяется на ряд простых операций:
1) получения первичной информации о контролируемых величины с помощью измерений, сравнения с мерой,
2) преобразования первичной информации к виду, удобному для дальнейшей обработки,
3) выявление специфических особенностей,
4) регистрация,
5) запоминание и т.д.
Основными устройствами для получения первичной информации являются первичные преобразователи-датчики, по другой терминологии датчики. Промежуточные преобразователи осуществляют усиление сигналов, квантования, различные математические операции (интегрирование, сложение, умножение и т.д.), кодирования и декодирования. Регистрация, запоминание, или сигнализация передача на расстояние обработанной информации служат в АК завершающими операциями. АК всегда является составной частью более сложного процесса автоматического управления в составе автоматических систем контроля (АСК).
Системы третьего класса, т.е. самонастройки, часто называют адаптивными (приспосабливаемых) системами, способ функционирования (алгоритм или программа) управляющей части которых автоматически изменяется с целью осуществления в каком-либо смысле лучшего, оптимального управления. Разновидностями адаптивных систем является самонастраивающихся системы, самообучающиеся или самоорганизующиеся.