
- •История и методология автоматизации и управления министерство образования российской федерации
- •Предисловие
- •Введение
- •Раздел 1. История развития автоматизации процессов управления. Основные понятия теории автоматического регулирования и управления.
- •Автоматизация процессов управления
- •Из истории развития автоматического регулирования и теории автоматического регулирования и управления
- •3. Первый в мире научный центр по автоматике
- •4. Кибернетика и управление. Автоматика. Теория автоматического управления
- •5. Информация и управление
- •6. Кибернетическая система
- •7. Принципы и алгоритмы управления
- •Раздел 2. Методология разработкисистем автоматического регулирования и управления. Модели. Анализ. Управление
- •8. Моделирование - универсальный метод исследования систем
- •Сервомеханизм
- •9. Декомпозиция систем управления
- •10. Требования к системам управления
- •11. Методы описания и анализа систем управления
- •12. Управление процессами (объектами) с помощью эвм и введение в проблему оптимизации
- •Заключение
- •Библиографический список.
- •Оглавление
Датчик
ОбъектСервомеханизм
Рис. 20. Общая функциональная схема СУ
Конкретные схемы систем автоматического управления могут отличаться от типовой схемы, приведенной на рис. 19. Часть устройств может отсутствовать или конструктивно объединяться в одном устройстве, возможно наличие дополнительных элементов. Функции корректирующих устройств могут выполнять цифровые и аналоговые вычислительные машины.
9. Декомпозиция систем управления
Часто при разработке систем автоматизации и управления сложными техническими объектами и процессами (в частности, при создании АСУТП) приходится решать задачу декомпозиции.
Основная цель декомпозиции - это разделение системы на части, имеющие меньшую сложность, с целью обеспечения условий для анализа и синтеза подсистем, для проектирования, построения, внедрения, эксплуатации и совершенствования систем управления.
Первой проблемой декомпозиции СУ является разделение системы на части с меньшим числом элементов и связей, т.е. с меньшим числом переменных величин. Обычно систему разделяют таким образом, чтобы подсистемы поддавались какой-либо классификации, например, по функциям управления, по иерархии управления и т.д. Это обеспечивает унификацию подходов к подсистемам. Связи рекомендуется расчленять как можно меньше для упрощения увязки подсистем между собой.
Необходимо учитывать естественную декомпозицию, которая находит свое выражение в существующей структуре управления, обязанностях должностных лиц, действующей документации и др. Одновременно следует критически оценивать ситуацию с учетов своих целей.
Довольно плодотворным способом является проведение многократной декомпозиции по нескольким разным направлениям. На каждом этапе декомпозиции элемент системы попадает в разные подсистемы. Этот подход позволяет лучше изучить систему с разных направлений.
АСУТП в целом должна быть спроектирована таким образом, чтобы все ее подсистемы имели свои локальные цели, выбранные в соответствии с общей целью системы. Как правило, такая цель, а также критерий функционирования и основные ограничения, накладываемые на работу АСУТП, формулируются в начале проектирования системы.
Второй проблемой является проблема декомпозиции критерия, т.е. нахождения критериев субоптимальности - критериев функционирования подсистем. Иногда она рассматривается как проблема конструирования критериев.
Еще одна проблема декомпозиции - оценка субоптимальности действия подсистем (степени отклонения получаемых результатов от оптимальной потребности системы в целом). Оценка отклонений позволяет найти пути сведения их к необходимому минимуму.
Важными проблемами являются также агрегатирование подсистем и выбор стратегии функционирования.
Существует также ряд проблем, связанных с надежностью функционирования подсистем, обменом информацией между ними и т.д.
Известные направления декомпозиции АСУТП позволяют выделить структурные, функциональные, этапные, поэлементные и другие подсистемы АСУ. В частности, под функциональными понимают подсистемы, соответствующие отдельным функциям управления: например, подсистемы контроля, стабилизации, оперативного управления.
Широко распространена декомпозиция на функциональные подсистемы по признаку управления операциями технологического процесса (рис. 21).
Уровни АСУТП
Исследование процесса
Оптимизация процесса
Программное управление процессом
3
Стабилизация процесса
2
Вывод процесса на режим
1
Технологический режим
Датчики
Исполнительные механизмы
Рис. 21. Типовые функциональные подсистемы АСУТП непрерывного типа
Рекомендуемые уровни автоматизации основных функций управления технологическими процессами представлены на рис. 22 - 23.
5. Формирование выходной информации |
|
|||||||||||||
для персонала производства |
для вышестоящих уровней управления |
|
||||||||||||
4. Оптимизация |
|
|||||||||||||
технологического режима в статике |
переходных режимов |
|
||||||||||||
3. Оперативное управление |
|
|||||||||||||
пуском и остановом оборудова-ния |
измене-нием режима работы |
выявле-нием аварийных ситуаций |
Ликвида-цией аварийных ситуаций |
|
||||||||||
2. Стабилизация |
|
|||||||||||||
режимных параметров |
состава и свойств полупродуктов |
временных интервалов (программное управление) |
|
|||||||||||
1. Контроль |
||||||||||||||
техноло-гического режима |
состава и свойств полупро-дуктов |
качества продук-ции |
состоя-ния оборудо-вания |
запасов |
Рис. 22. Структура функций контроля и управления производством
Локальная автоматика Централизованный АСУТП
контроль и управление
-
ручное управление
-
автоматизированное управление
- автоматическое управление
Рис. 23. Уровни автоматизации основных функций управления
технологическим процессом
Во время анализа и расчета получающихся при декомпозиции более или менее простых систем автоматического управления возникает необходимость выбора с определенной степенью приближения адекватной математической модели, которая определяла бы с течением времени изменение переменных состояния системы.
Следует отметить, что почти все системы управления представляют собой нелинейные системы, которые содержат как переменные, так и распределенные параметры. Поэтому точное математическое описание систем управления связано с большими трудностями и не всегда определяется практической необходимостью. Методы теории управления разработаны применительно к различным типовым математическим моделям реальных систем автоматического управления.
В зависимости от идеализации, принятой при математическом описании систем управления, в теории управления используется классификация, представленная на рис. 24.
Системы управления
Непрерывные
Дискретные
(импульсные)
Дискретно- непрерывные
Непрерывные
Дискретно- непрерывные
Стационарные
Нестационарные
Стационарные
Линейные (уравнения)
С сосредоточенными параметрами
С распределенными параметрами
Нелинейные (уравнения)
Дискретные (цифровые, релейные)
Нестационарные
Рис. 24. Классификация моделей систем управления
В основу классификации положены свойства оператора, связывающего входные и выходные переменные, а также свойства параметров (постоянные или переменные). Кроме того, системы управления (или их математические модели) могут быть подразделены на детерминированные и статистические. В детерминированных системах входные воздействия и параметры являются постоянными функциями переменных состояния и времени, а в статистических - случайными функциями и случайными величинами.