Тема 7. Элементы системы управления

7.1 Понятие элемента системы управления и его свойств

Социально-экономические системы, имея в своем составе большое количество составных частей (в том числе, элементов) и разнообразных связей между ними, особо устойчивы, но в то же время обладают большой подвижностью - динамизмом. Он обусловлен тесной взаимосвязью всех частей (элементов), непрерывностью изменения состояния в процессе производства и развитием отдельных частей (элементов) и самой системы.

В сборнике терминологии теории управления приведено определение:

Элемент- это объект, который может быть частью целого и который невозможно или не требуется при данном рассмотрении расчленять на составные части.

Элемент является структурообразующей частью системы. Пример: предприятие - это элемент производственного объединения как системы. В то же время само предприятие представляет собой сложную совокупность элементов - цехов и служб.

Признаки, характеризующие элементы системы:

1. Элементу присуще одно или несколько свойств, которые определяют их место во внутренней организации системы и могут видоизменяться в процессе саморазвития или под управляющим воздействием, подчиняясь свойствам системы в целом. Таким образом, структурная автономность каждого элемента - один из его признаков.

2. Элементы имеют свои специфические свойства, выраженные в их функциях т.е., функциональная специфичность является другим системным признаком выделения элементов.

3. Свое назначение элемент может выполнять только при условии взаимодействия с другими элементами системы. Взаимосвязи элементов должны быть упорядочены и организованы, то есть упорядоченность и организованность связей – следующее свойство элементов.

Элементом может быть и какая-то часть системы, которая становится ее подсистемой. Примеры и особенности отдельных подсистем управления предприятиями рассмотрены в предыдущем материале (тема 6).

7.2. Элементы систем управления, их разновидности и примеры

В зависимости от характера и уровня рассмотрения вопросов построения системы управления различают следующие основные типы элементов:

Функциональный элемент - элемент, представляющий отдельную функцию управляющего объекта или объекта управления (например: операционный усилитель, сумматор, интегратор, процессор, оперативная память; лицо, принимающее решение – ЛПР; отдел планирования и т.д.)

Алгоритмический элемент - элемент, представляющий алгоритм выполнения функций управляющего объекта или объекта управления.

Технический элемент - элемент, представляющий собой вещественное средство реализации одного или нескольких алгоритмических элементов.

Конструктивный элемент - элемент, представляющий собой конструктивно завершенный технический элемент (или совокупность технических элементов), выполненный с учетом заданных условий эксплуатации, технического обслуживания, энергетического питания и пространственного размещения (например: блок, прибор, плата, модуль, стойка, пульт и т.д.).

Датчик (sensor) - первичный преобразователь, в котором изменения значений выходного воздействия или сигнала с заданной точностью соответствуют изменениям значений входного воздействия или сигнала.

Измерительный элемент - элемент, предназначенный для осуществления измерений в системе управления.

Контролирующий элемент - элемент, предназначенный для осуществления контроля.

Исполнительный орган управления - элемент, предназначенный для осуществления управляющих воздействий.

Отображающий элемент (display) - элемент, предназначенный для представления информации человеку-оператору.

7.3. Основные характеристики элементов систем управления

Анализ процессов функционирования любой системы, в том числе - системы управления экономическим объектом, организацией и т. д. показывает, что законы управления системой зависят:

1. От вида элементов и их характеристик.

2. От вида связей между элементами.

Существенное влияние на результаты функционирования объектов и их элементов оказывают виды и параметры входных воздействий на них. Рассмотрим основные виды входных воздействий и временные характеристики элементов отдельных типов.

Виды входных воздействий: 1.1. Постоянный уровень

1.2. Функция Хевисайда (ступенчатое воздействие)

1.3. Функция Дирака (дельта-функция)

1.4. Линейная функция

1.5. Экспонента

Временные характеристики элементов

За нуль отсчета входной или выходной координат выберем значения, которые они имеют при некотором установившемся режиме работы системы.

Временной характеристикой элемента называется зависимость, определяющая изменение во времени выходной координаты элемента, вызванное тем, что его входная координата мгновенно приобретает новое значение и более этого значения не меняет (на вход элемента воздействует ступенчатая функция времени - ступенчатый сигнал). В зависимости от вида реакции на данный сигнал различают несколько типов элементов.

Элементы, у которых выходная координата с течением времени стремится к новому установившемуся значению, называются статическими.

Если выходная координата не стремится к новому установившемуся состоянию и с течением времени устанавливается постоянная скорость изменения выходной координаты, то элемент называется астатическим:

Если же скорость изменения выходной координаты (а также ускорение и высшие производные) неограниченно растет, элемент называется неустойчивым.

Статические элементы могут иметь различные особенности своих временных характеристик, которые определяют их отдельные специфические названия:

элемент задержки:

колебательный элемент:

Время успокоения процесса в элементе Тусп определяется степенью инерционности элемента, его динамическими свойствами (постоянной времени).

В зависимости от вида передаточной характеристики (т.е., зависимости выходной величины от входной в установившемся режиме работы элемента) различают несколько типов элементов:

линейный элемент (линейный усилитель):

нелинейные элементы:

усилитель с зоной нечувствительности

усилитель—ограничитель

пороговый элемент (с зоной нечувствительности и ограничением)

релейный элемент

сложные элементы: