Вопрос 2 Классификация типов систем управления в соответствием со способом управления объектами. Комплекс горочный микропроцессорный.
Функционирование любой системы можно представить вектор–функцией состояний S(t), значения которой в моменты времени t0, t1,…tn определяют состояния системы S(t0), S(t1),…S(tn). Каждое состояние характеризуется множеством величин, описывающих влияние внешней среды и процессов, протекающих в системе. Процесс управления в этом случае можно представить следующим образом (рис.1.1):
Рис.1.1. Процесс управления
Управляющие воздействия на объект управления (вектор Х), вырабатываемые устройствами управления, зависят от цели управления, имеющихся в системе ресурсов, состояния объекта в данный момент времени и воздействий внешней среды на объект управления. Воздействия внешней среды можно разделить на два вектора: контролируемые (вектор Z) и неконтролируемые (вектор F). Контролируемые воздействия внешней среды принимаются во внимание при принятии решений, неконтролируемые воздействия могут привести к неожиданным (не запланированным) изменениям состояния объекта.
Процесс управления представляет собой совокупность трёх процессов: оценка состояния объекта управления и контролируемых воздействий окружающей среды, принятие решений, обусловленных целью управления, возможностями системы управления (ресурсами) и состоянием объекта и внешней среды, и формирование внешних воздействий на объект. Для выполнения этих функций система управления должна содержать датчики, контролирующие состояние объекта и внешней среды, и устройства сбора и обработки сигналов от датчиков. При принятии решения о воздействии на объект необходимо знать реакцию объекта на те или другие воздействия.
Управляющая система совместно с объектом управления образует систему управления. Системы, в которых человек не принимает участие, называются системами автоматического управления (САУ). Если человек активно участвует в принятии решения, то такую систему называют автоматизированной системой управления (АСУ).
В зависимости от функционального назначения системы управления можно разделить на:
системы стабилизации управляющей величины, когда требуется с заданной точностью поддерживать постоянными те или иные характеристики объекта;
системы программного управления, в которых некоторые характеристики объекта управления должны изменяться по определённому закону;
следящие системы – воздействие на систему должно соответствовать изменению некоего контролируемого параметра.
Наиболее совершенными и наиболее сложными являются адаптивные системы, в которых управляющие воздействия или алгоритмы управления автоматически и целенаправленно изменяются для оптимизации процесса управления. При этом реакция объекта управления на внешние воздействия как F, так и Z, а также и на воздействия вектора Х заранее неизвестны.
Таким образом, управляющая система должна постоянно решать следующее уравнение:
X(t)=Ф(Z, F, Y, t),
где Z, F – векторы воздействий окружающей среды;
Y – вектор контролируемых параметров объекта управления;
Ф – закон управления.
Управляющие системы, по сравнению с информационными, как правило, имеют более сложные алгоритмы управления и более жёсткие ограничения во времени решения задач управления, что обусловлено высокой скоростью изменения возмущений, действующих на объект управления.
При управлении сложными объектами приходится решать задачи с использованием больших объёмов информации. При этом, естественно, возникает задача сбора, обработки, хранения и поиска необходимой информации. В этом случае информационная система может входить как составная часть в АСУ. Такие системы называют информационно-управляющими.
Важнейшими показателями управляющих систем, характеризующими любой процесс управления, являются:
– количество контролируемых параметров, к которым относятся векторы параметров входных воздействий X(t), и Z(t) и вектор контролируемых параметров объекта управления Y(t), а также некоторые параметры объекта управления, не изменяющиеся в процессе управления или редко изменяющиеся и вводимые в систему управления как константы. С ростом числа контролируемых параметров объекта или увеличение числа контролируемых воздействий внешней среды.
– зависимость регулируемых величин от входных воздействий. Характер и математическая формулировка этой зависимости определяет сложность алгоритмов и программ этого управления. В некоторых случаях эта зависимость описывается системой дифференциальных уравнений с нелинейными параметрами, в других – набором функций алгебры логики, описывающих алгоритм управления объектами;
– динамические характеристики системы управления. Динамические характеристики системы определяются скоростью изменения воздействий на неё. Пусть ti и ti+1 моменты времени, в которые произошли возмущения системы Zi и Zi+1. Для реакции на них система должна выработать вектор управляющих воздействий Xi+1, который изменит состояние объекта, при этом изменится вектор контролируемых параметров объекта Yi+1. За время ti+1 –ti система должна обработать необходимую информацию, принять решение (возможно и с привлечением человека), выдать управляющие воздействия на объект, и при этом к моменту времени ti+1 процесс изменения состояния объекта должен быть закончен. Отсюда следует, что сумма времён принятия решения tпр и реакции системы на управляющие воздействия должна быть меньше разности (ti+1 –ti). Отсюда время реализации алгоритма обработки информации и принятия решения tра t – tр. Из этого несложного рассуждения следует, что основным параметром, определяющим скорость всех процессов в системе управления, является величина времени реакции системы tр, определяющая время переходных процессов в объекте управления (для самолётов – доли секунды, для поездов – десятки секунд, для предприятия – несколько суток). Этот анализ позволяет обосновать способ принятия решения (автоматический или автоматизированный).
Блок принятия решений (БПР). Устройство управления (УУ). Блок адаптации БА. Банк моделей БМ. Блок адаптации модели БАМ.
Системы, совмещающие в себе все перечисленные свойства (рис.1.2,е), называют системами интеллектуального функционирования [1].
В качестве примера может служить система автоматического управления замедлителями на сортировочной горке, структурная схема:
О – объект управления (отцеп); БМ – банк моделей; БРМ – блок расчёта моделей; БС1и БС2 – блоки сравнения объекта и моделей; блок предварительного расчёта режима скатывания и управления; БКУ и БКМ – блоки корректировки процесса управления и модели.
Цифрами над стрелками показаны режимы работы системы управления:
1 – режим обучения системы. В этом режиме путём анализа статистических данных, полученных при испытаниях отцепов на сортировочных горках, определяются решающие правила классификации отцепов, модели рассчитываются в блоке БРМ и создаётся банк моделей БМ;
2 – режим предварительного расчёта процесса управления. На основании данных об отцепе, вводимых в систему в момент его нахождения на горбе горки, выбираются модели скатывания по различным участкам горки, на основании которых в БПРУ рассчитывается (до отрыва отцепа) оптимальный алгоритм управления замедлителями, который потом реализуется устройством управления. При этом блок БС2 сравнивает реальное скатывание с предварительно рассчитанным (скорость роспуска, скорости входа в замедлители, скорости выхода из замедлителей, управляющие воздействия);
3 – режим управления и коррекции, осуществляемые в реальном времени при движении отцепа по горке;
3а – корректировка управления при отклонении реального процесса скатывания от расчётного;
3б – корректировка моделей при систематических ошибках.
Оперативное звено (ОЗ) контролирует правильность функционирования системы и принимает меры при обнаружении ошибок системы.