ВИ ЮРГТУ, кафедра «Информационные и управляющие системы», 2006 г.
Профессор Кривин В. В. «Основы теории управления»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ Российской Федерации
ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)
ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ
Курс лекций
Новочеркасск 2006
УДК 519.683(076.5)
Рецензент д.т.н., профессор В.Я. Шпицер
Составители: д.т.н., прфессор Кривин В.В.
Основы теории управления: Курс лекций. /Волгодонский ин-т ЮРГТУ. Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2004. 68 с.
Методические указания содержат курс лекций по дисциплине «Основы теории управления».
Предназначены для студентов 1 курса всех форм обучения специальности «Информационные системы и технологии».
Волгодонский институт ЮРГТУ, 2006
Кривин В.В. 2006
СОДЕРЖАНИЕ
Понятие об управлении. Роль информации в управлении
Для осуществления различных технологических процессов необходимо, чтобы величины, которые характеризуют эти процессы, удовлетворяли определенным условиям. Создание условий, обеспечивающих требуемое протекание процессов, называется управлением.
Управление направлено на достижение определенной цели. Системы, в которых протекает процесс, подлежащий управлению, называются объектами управления (ОУ).
Рассмотрим пример управления движением катера по реке:
Видя берега, указатели фарватера и направление, по которому движется катер, рулевой принимает решение о том, насколько нужно изменить курс, повернуть руль, чтобы двигаться к указанной цели.
В процессе управления можно выделить следующие элементы:
Получение информации о цели управления (маршрут движения)
Получение информации о результате управления (положение катера, фарватер, источником информации является зрение)
Анализ полученной информации и принятие решения о требуемых управляемых действиях (происходит в голове)
Исполнение принятого решения (поворот руля)
Если реализация всех элементов процесса управления осуществляется специально созданными техническими средствами без непосредственного участия человека, то такое управление называется автоматическим.
Когда управление осуществляется совместными действиями технических устройств и человека, то такое управление называется автоматизированным.
Автоматическим регулированием называется поддержание постоянной или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс.
Автоматическим управлением называется автоматическое осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание и улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.
Совокупность объекта управления и управляемого устройства (регулятор) называется системой автоматического управления (САУ).
Любой процесс управления – это процесс переработки информации, формой представления которой является сообщение (текст, численные/графические данные…). Сообщение отображается сигналом, которым является некоторая изменяющаяся величина любой природы.
Объект автоматического управления.
Состояние объекта или системы характеризуется совокупностью переменных величин, называемых параметрами состояния.
Переменные, характеризующие состояние ОУ, по которым ведется управление, называют управляемыми переменными.
Величины, характеризующие внешнее влияние на объект, называют воздействиями или вход.
Воздействия на объект, вырабатываемые устройством управления, называются управляющими воздействиями.
Воздействие на объект, не зависящее от системы управления, называют возмущающим воздействием (возмущение).
Различают 2 вида возмущения:
нагрузка
помехи
Нагрузкой является внешнее воздействие, приложенное к управляемому объекту, не зависящее от управляющего устройства и являющееся причиной изменения режима работы объекта управления.
Помехи – это внешние воздействия на отдельные устройства или объекты управления, не содержащие информации, необходимой для управления.
Нагрузка и помехи всегда образуют смесь полезного сигнала и так называемого шума.
Совокупность управляемых (выходных)
переменных обозначаются
,
управляющих –
,
задающих воздействий –
и возмущающих воздействий –
.
Если считать, что в системе осуществляется
управление всеми координатами состояния
системы, то совокупность входных
воздействий
(в объект) и выходных воздействий
(из объекта) совпадают.
В общем случае является некой нелинейной функцией управляющих переменных ( , ) и внешних воздействий .
Правило и функциональная зависимость,
в соответствии с которыми управляющее
воздействие
,
называемое законом управления,
может быть представлено как функция:
,
где
F – некоторая в общем случае нелинейная векторная функция от управляемых переменных , возмущающих воздействий и задающих воздействий .
Каждый ОУ может рассматриваться в
условиях статики динамики. В условиях
статики компоненты векторов
и
являются постоянными величинами. При
изучении динамики объекта исследуется
зависимость компоненты вектора
от времени,
.
Параметры объекта могут быть
сосредоточенными (постоянными по всем
геометрическим координатам) и
распределенными (переменными) хотя бы
по одной координате.
Для систем, которые можно описать дифференциальным уравнением, можно записать:
Чтобы решить эту систему уравнений, должны быть заданы начальные условия. Если такая система уравнений может быть сведена к системе линейных д.у., то объект называется линейным. При описании объекта системой нелинейных д.у., объект относят к нелинейным.
Объект может быть:
устойчивым
неустойчивым
нейтральным
Координата у в устойчивом объекте возвращается в исходное состояние после воздействия ∆U продолжительностью τ. В неустойчивом объекте после окончания воздействия ∆U отклонение от начальной величины управляемой координаты у продолжает увеличиваться. Нейтральными являются объекты, в которых после окончания воздействия устанавливается новое состояние равновесия, которое зависит от произведенного воздействия.