2.4. Автоматты басқару жүйесін жіктеу

Автоматты басқару жүйесін жіктеу жүйенің тағайындалуы мен конструкциясын сипаттайтын және басқа да принциптер мен белгілер бойынша жүргізіледі. Алдымен автоматты жүйенің басқару алгоритмі мен жұмыс істеу алгоритмін сипаттайтын, басқару теориясы үшін өте маңызды белгілер арқылы жіктеуді қарастырайық. Ол белгілер ретінде автоматты басқару жүйесінің жұмыс істеу сыйпатын, реттеу яғни әсер ету тізбегінің түрін және басқарушы әсерді алу әдісін жатқызуға болады.

Автоматты басқару жүйесін басқару әдісі және қызмет белгісі бойынша жіктеуге болады (2.4-сурет). Басқару әдісіне қарай жүйелер: кәдімгі — өздігінен бапталмайтын және адаптивті — өздігінен бапталатын болып үлкен екі класқа жіктеледі. Кәдімгі жүйелер қарапайым категориясына жатады да, басқару процесінде өз құрылымын өзгертпейді. Олар — ажыратылған немесе тұйықталмаған, тұйықталған және аралас басқару жүйелері болып қосалқы үш класқа ажыратылады. Ал тұйықталмаған АБЖ автоматты нық басқару жүйесіне (АНБЖ) және қобалжыту бойынша басқару жүйесіне бөлінеді.

Ажыратылған жүйелерде басқарылатын шама бақыланбайды, яғни басқарушы құрылғының кірісіне тек сыртқы әсер ғана беріледі. Өз кезегінде ажыратылған жүйелерді тек берілген әсердің өзгеруіне сәйкес басқаруды қамтамасыз ететін жүйелер (2.5 а-сурет) және қобалжыту әсері өзгергенде басқаратын жүйелер (2.5 б-сурет) деп екі класқа бөлуге болады.

2.5-сурет. Ажыратылған (а,б), тұйықталған (в) және аралас (г) жүйелердің функционалдық схемалары

Ажыратылған жүйенің бірінші түрінің басқару алгоритмін мына түрде көрсетуге болады:

(2.2)

операторы тапсырыстық әсер мен басқарушы әсер арасындағы пропорционалдықты қамтамасыз етеді, ал бұл жағдайда жүйе программалық басқаруды іске асырады.

Қобалжу бойынша басқару жүйелерінде басқарушы әсер қобалжыту және тапсырыстық әсерлеріне тәуелді:

(2.3)

Көп жағдайда операторы бір-біріне тәуелсіз екі құрамаға бөлінуі мүмкін:

қ _Қ

(2.4)

Іс жүзінде операторы сигналын жәй пропорционал түрлендіруге сәйкес келетін болса, _Қ операторы күрделі болып келуі мүмкін, мысалы _қ мен сигналдарының арасындағы бейсызықтық қатынасты құруы мүмкін.

Көптеген жағдайда қобалжу бойынша басқаратын ажыратылған жүйелер басқарылатын шаманы тұрақтандыру қызметін орындайды. Бұл жүйенің артықшылығы — жылдам әрекеттілігі: олар қобалжыту әсерін объектінің шығысына жеткізбей теңелтеді.

Бұған мысал ретінде бөлме ішін жылыту жүйесін алуға болады. Бөлмедегі жылытқыштарға берілетін ыстық судың шығыны даладағы ауаның температурасына байланысты болады. Мұнда ыстық судың шығыны басқарушы әсер ретінде болса, даладағы ауаның температурасы сыртқы қызу әсері болып табылады.

Ауытқу принципі бойынша жұмыс істейтін автоматты басқарудың тұйықталған жүйесін автоматты реттеу жүйесі (АРЖ) деп те атайды. Олардың ерекшелігіне сигнал өтуінің тұйық контурының, яғни СЭ салыстыру элементінің кірісіне реттелетін шама мәні туралы мәлімет берілетін кері каналдың болуы жатады.

Тұйықталған автоматты жүйеде басқарушы құрылғының кірісіне ішкі және сыртқы әсерлер бірдей беріледі, яғни бұл жүйеде басқарылатын шама әр уақытта бақылауда тұрады. Бұл жүйелердің функционалдық құрылымы 2.5,в-суретте келтірілген.

Тұйықталған жүйеде басқарушы әсер басқарылатын шаманың қажетті және нақты мәндері арасындағы айырымымен анықталады:

(2.5)

мұндағы — қателік сигналы немесе айырымдық сигнал деп аталынады. Тұйықталған жүйелерді көбінесе ауытқу бойынша басқару жүйесі деп атайды.

Төменде негізінен тұйықталған жүйелерге көп көңіл бөлетін бо-ламыз.

Автоматты реттеу жүйесі реттелетін шаманы тұрақтандыру (тұрақтандыратын АРЖ), реттелетін шаманы белгілі (программалы АРЖ), не белгісіз (қадағалаушы АРЖ) программалар бойынша өзгерту секілді үш мәселені шешуге арналған. Тұрақтандырушы АРЖ-да реттелетін шаманың берілген мәні де тұрақты болады.

Тұрақтандырушы автоматты жүйе деп, қызмет істеу алгоритмі басқарылатын шаманы берілген (тағайындалған ) мәнінде ұстап тұруға бағытталған жүйені айтады. Өндірістік автоматикада тұрақтандырушы жүйелер кеңінен тараған. Олар көбінесе технологиялық объектілердің күйін сипаттайтын әртүрлі физикалық шамаларды тұрақтандыру үшін қолданылады. Тұрақтандырушы жүйе мысалы ретінде генератор жұмысының режимін басқару жүйесін қарастыруға болады (2.6-сурет).

2.6-сурет. Генератор жұмыс режимін автоматты басқару жүйесі

Суреттегі күшейткіштің кірісіне

(2.6)

кернеуі беріліп тұр, мұндағы — тапсырыстық кіріс сигнал, — бөлгіштен алынатын генератор кернеуінің бір бөлігі. Күшейткіш шығысына қосылған генератордың қоздыру орамына

_Қ (2.7)

кернеуі беріліп тұр. Егер кейбір жағдайлармен жүктеме өзгерер болса, онда оған сәйкес генератор кернеуі бірге өзгереді. Ол азайды делік, онда кернеуі де азайып көбейеді, яғни _қ кернеуі де көбейіп генератор кернеуін берілген мәніне дейін көтереді. Егер генератор шығысындағы кернеуі өскен болса, күшейткіш кірісіндегі кернеуі азайып қоздыру орамындағы _қ кернеуі де азаяды. Ал бұл генератор шығысындағы кернеуді берілген мәніне жеткенше автоматты түрде азайтады.

Программалық басқару жүйелері деп басқарылатын шаманы берілген программаға сәйкес өзгертіп отыратын жүйелерді айтады.

Программалық басқару жүйесінің мысалы ретінде 2.7-суретте келтірілген пермалоидты күйдіру процесінің температурасын басқару жүйесінің функционалды схемасын алуға болады.

Бұл жүйедегі басқарылушы шама объектінің ішіндегі температура. Бұл температураның өзгеру заңдылығы ПҚ программалық құрылғыда алдын-ала жазылған программа бойынша өтеді.

Қадағалауыш автоматты жүйе деп өзгеру заңдылығы алдын-ала белгісіз, жүйе кірісіне берілетін әсердің өзгеруіне сәйкес басқарылатын шаманы өзгертіп отыру үшін қолданылатын жүйені айтады.

Қадағалауыш жүйелер көбінесе кеңістікте ұшып жүрген объектілерді алыстан басқару үшін қолданылады. Бұл жағдайда басқарылатын шама ретінде кеңістіктегі объектінің қайсыбір бастапқы нүктеден ара қашықтығын немесе бастапқы күйден бастап саналатын бұрылу бұрышын алады. Қадағалаушы жүйелерді аспаптар көрсетуін алысқа беру үшін де қолданады.

Қадағалауыш және программалы жүйелер тұрақтандырушы АРЖ-дан берілетін сигналды өңдеу принципімен ерекшеленеді. Қадағалауыш АРЖ-ның мысалы ретінде жылыту пешіндегі от жану процесін реттеу үшін берілетін отын және ауа шығындарының құрамдық үлестерін берілген бірқалыпта автоматты түрде ұстап отыруды алуға болады.

Аралас жүйе (2.5, г-сурет) ауытқу және қобалжыту бойынша басқару жүйелерінің артықшылықтарын бірдей қамтуы арқасында басқару дәлдігін едәуір арттырады. Бұл жүйеде есепке алынбаған қобалжыту әсері ауытқу бойынша басқарумен өтіледі, не бәсеңдетіледі.

Аралас жүйелерде (2.5, г-сурет) басқару тапсырыс бойынша және қобалжу бойынша екі тізбекпен жүргізіледі.

Басқарушы әсер

_Қ (2.8)

операторына сәйкес жүргізіледі.

Аралас жүйе басқарудың көтеріңкі дәлдігін қамтамасыз етеді және оның тиімділігі де басқаларға қарағанда жоғары.

Енді автоматты жүйелерді кейбір қосымша белгілері бойынша жіктеуді қарастырайық.

Басқарушы әсерді туғызуға себеп болатын қандай энергия көзін пайдалануына сәйкес жүйелер тура әрекетті және тура әрекетті емес болып бөлінеді.

Тура әрекетті жүйелерде басқарылушы объектінің энергиясы қолданылады. Бұл жүйелерде басқарушы әсер ретінде басқарылатын шаманың берілген мәнінен ауытқуы ешқандай күшейткішсіз алынады. Тура әрекетті емес жүйелерде басқарушы әсер энергияның қосымша көзін пайдалану арқылы түзіледі. Бұл жүйелердегі басқарушы әсер басқарылатын шаманың берілген мәнінен ауытқуының күшейткіш арқылы алынған мәніне тең.

Жүйедегі сигналдардың түріне сәйкес автоматты басқару жүйелерін үзіліссіз және дискретті деп ажыратады.

Егер басқарылатын шама орнықты режимде сыртқы қобалжыту әсеріне тәуелді болса, онда автоматты басқару жүйесі статикалық деп аталынады, ал тәуелді болмаса астатикалық деп аталады.

Статикалық сипаттамаларының сыйпатына сәйкес немесе жүйе элементтерін өрнектейтін дифференциалдық теңдеудің түріне қарай жүйелерді сызықты және бейсызықты деп бөледі. Сызықты жүйелердегі барлық элементтер сызықты алгебралық және дифференциалдық теңдеулермен жазылады. Егер жүйедегі ең болғанда бір элементтің кірістік және шығыстық сигналдарының арасында бейсызықты тәуелділік болса, онда бүкіл жүйе бейсызықты, мұндай жүйелердің сипаттамаларын сызықты сипаттамалар арқылы жуықтатуға (аппроксимирлеуге) болмайды.

Өздігінен бапталатын (адаптивті) жүйелерді мынадай үш қосалқы класқа бөлуге болады: экстремальды жүйелер, параметрлері өзі бапталатын және құрылымы өзі бапталатын жүйелер.

Экстремальды реттеу жүйесі деп баптауы, программасы, не жаңғырту заңы, басқару объектісінің жұмыс режимін барынша ыңғайлы жасау мақсатында жүйенің ішкі күйі, не сыртқы жағдайдың өзгерісіне сәйкес автоматты түрде өзгеретін тұрақтандырғыш, қадағалауыш, немесе программалы басқару жүйелерін айтады. Мұндай жүйелерде тұрақты баптау не программа орнына арнайы автоматты іздестіру құрылғысы орнатылады. Бұл құрылғы объектінің пайдалы әсер коэффициенті, өнімділігі, үнемділігі және т.б. қайсыбір сипаттамаларына талдау жасауының нәтижесінде, бүкіл жүйе ықпалын тигізетін әртүрлі қоздыру әсерінің үздіксіз өзгеріп отырған жағдайында, басқару құрылғысына реттелетін шаманың экстремальды мәнін береді.

Параметрлері өздігінен бапталатын жүйелерде сыртқы жағдайлар немесе реттеу объектісінің сипаттамалары өзгергенде басқару құрылғысының өзгермелі параметрлері автоматты түрде (берілген программа бойынша емес) өз мәндерін ауыстырады. Бұл жағдай жүйе жұмысының орнықтылығын және реттелетін шаманы берілген, не тиімді деңгейде ұстап отыру үшін қажет.

Құрылымы өздігінен бапталатын жүйелерде сыртқы жағдайлар немесе реттеу объектісінің сипаттамалары өзгергенде, жүйе элементтері бір-бірімен басқадай схема бойынша жалғастырылады немесе жүйе схемасына жаңа элементтер енгізіледі. Құрылымды бұлайша өзгертудің (іріктеудің) мақсаты басқару есебін тиімді шешу болып табылады. Құрылымды іріктеу есептеуіш және логикалық амалдарды қолдану арқылы автоматты түрде іздестіру жолымен жүзеге асырылады. Мұндай жүйелер сыртқы жағдай мен объект сипаттамаларының барлық өзгерісіне икемделіп қана қоймай, сонымен қатар жеке элементтердің ақауына, не істен шыққанына қарамастан, жаңа тізбек түзе отырып әрекет жасауы тиіс. Құрылымы өздігінен бапталатын жүйелерді жетілдіруге болады. Ол үшін іріктеуді бірнеше нұсқада тез орындап, солардың ішінен ең "тәуірін" таңдап алады.

Қызмет белгісі бойынша жіктеуге сәйкес барлық автоматты басқару жүйелері төрт класқа бөлінеді: тетіктер жұмысын үйлестіретін жүйе; технологиялық процестердің параметрлерін реттеу жүйесі; автоматты бақылау жүйесі; автоматты қорғау және қармау (блокировка) жүйесі.

Қондырғының жеке тетіктерінің, не тұтастай қондырғы жұмысын үйлестіруге арналған жүйе автоматты қатаң басқару жүйесі (АҚБЖ) болып табылады. Автоматты реттеу жүйесі (АРЖ) технологиялық процестің реттелетін шамасын белгіленген деңгейде ұстап отыруды немесе берілген программа бойынша өзгертуді қамтамасыз етеді. Автоматты бақылау жүйесі (АБЖ) технологиялық процестердің параметрлерінің әр мезеттегі мәндері туралы мәліметті адамның қатысуынсыз алуға арналған құралдар мен әдістерді қамтиды. Автоматты қорғау (АҚЖ) және қармау жүйелері тұрақталған режимде істеп тұрған құралдардың жұмысында апаттық жағдайдың болмауын қамтамасыз етеді.

3-тарау. АВТОМАТТЫ БАСҚАРУ ЖҮЙЕСІНІҢ СТАТИКАСЫ