В.1. Задачи, решаемые автоматическими системами, состав и структура автомата

Автоматика как научная дисциплина,

ее связь с технической кибернетикой и другими дисциплинами

Автоматика является отраслью науки и техники, охватывающей теорию и практику построения систем управления техническими процессами, действующими без непосредственного участия человека.

Научной основой автоматики является теория автоматического управления. Теорию автоматического управления отождествляют с автоматикой как научной дисциплиной.

Автоматика как научная дисциплина разрабатывает принципы построения автоматических систем и необходимых для них автоматических средств, методы анализа и синтеза этих систем.

Необходимо отметить, что сфера влияния автоматики непрерывно расширяется за счёт автоматизации принципиально новых объектов. При разработке автоматических систем приходится заниматься оценкой свойств этих объектов управления, имеющих свою специфику и свою структуру.

Всё большее количество элементов самой различной природы включается в современные автоматические системы. Принципов работы и устройства этих элементов приходится касаться автоматике.

Расширяющееся множество объектов управления и элементов систем автоматики изучается самыми различными специальными научными дисциплинами. Некоторые выводы этих дисциплин, законы и закономерности заимствуются автоматикой. Поэтому можно сказать, что автоматика использует практически все научные дисциплины. С другой стороны, многие специальные технические дисциплины касаются отдельных положений и выводов автоматики при изучении свойств различных объектов.

Автоматика как научная дисциплина входит в состав важнейшей науки ХХ века – кибернетики. Кибернетика рассматривает вопросы управления природой в целом, живой и неживой. Иногда кибернетику разделяют на техническую, биологическую и социальную. При этом техническую кибернетику отождествляют с автоматикой. Такое разделение, конечно, условно. Так, например, сложные технические системы управления, находящиеся под контролем и управлением человека, фактически включают человека как специальное звено в эту систему. Без учёта ряда биологических свойств человека как звена системы управления хорошую систему просто нельзя создать.

Роль отечественных ученых и инженеров

в развитии этой отрасли науки и техники

Теория автоматического управления начала формироваться на основе развития специального направления теоретической механики, связанного с реализацией автоматов и автоматических систем. Так, например, в 1765 г. талантливым русским механиком И. И. Ползуновым (1728 - 1766) была создана одна из первых автоматических систем – система регулирования уровня воды в паровом котле «огнедышащей машины». Паровые машины стали снабжаться регуляторами частоты вращения, предложенными Дж. Уаттом (1784 г.). Некоторые вопросы теоретического плана решались самими творцами регуляторов. Постепенно появлялись и отдельные обобщения учёных. Так, методы выбора параметров регуляторов разрабатывали русские учёные Н.Ф. Ястржембский и Д.С. Чижов (1838г.). Однако, основы математически строгой и достаточно стройной линейной теории автоматического управления были заложены значительно позже Д. К. Максвеллом и И.А. Вышнеградским.

И.А. Вышнеградский (1831—1895) - крупнейший русский машиностроитель прошлого века, обладавший опытом инженера - механика и знаниями ученого-математика. Впервые сообщение о своей работе по теории регуляторов прямого действия он сделал в 1872 г. Результаты исследований И. А. Вышнеградский •опубликовал спустя четыре года в работе «Об общей теории регуляторов» в докладах французской Академии наук

Достойным продолжателем дела И.А. Вышнеградского был словацкий инженер А. Стодола. Он рассмотрел систему непрямого управления с жесткой обратной связью, ввел понятие о постоянной времени в современном ее смысле.

Исключительное значение для развития теории автоматического управления имели труды А.М- Ляпунова об устойчивости движения. В 1892 г. появилась его работа «Общая задача об устойчивости движения» , определившая целую эпоху в развитии механики, а затем и в теории автоматического управления.

Большой вклад в развитие автоматики внес великий русский ученый Н. Е. Жуковский. В 1882 г. на основе вариационных принципов динамики им создана теория орбитальной устойчивости. Эта работа сразу же была использована как для анализа конкретных систем управления, так и для дальнейшего развития теории. Н.Е. Жуковский прочел курс лекций по теории управления в Московском высшем техническом училище. В лекциях рассмотрены уравнения динамики паровой машины, линеаризованные и приведенные к одному уравнению третьего порядка. Форма записи уравнений динамики в относительных переменных, предложенная им, используется и в настоящее время.

Н.Е. Жуковский исследовал влияние сухого трения в регуляторах на работу систем управления. При рассмотрении автоматических систем он использует разностные уравнения, позволяющие строго анализировать динамические процессы. Первый курс лекций Н.Е. Жуковский издал в 1909 г. в виде отдельной книги, ставшей настольной для инженеров, создающих регуляторы. На 2 –м Всероссийском воздухоплавательном съезде в1912 г. Н.Е. Жуковский сделал доклад «Об автоматической стабилизации», в котором впервые изложил основы динамики управления летательных аппаратов.

Значительный вклад в развитие теории автоматических систем внесли и учёные Военно – Воздушных Сил: В.С. Кулебакин, В.С. Пугачёв, А.А. Красовский, Г. С. Поспелов, И.Е. Казаков, Ю.А.. Кочетков, А.В. Штода, П.И. Чинаев и др.

Большой вклад в развитие автоматики вносят проектные и опытно – конструкторные коллективы, разрабатывающие совершенные системы автоматики. Следует отметить также значительную роль в развитии автоматики специалистов, эксплуатирующих автоматические устройства и системы. Их правильная и дальновидная оценка возможностей, достоинств и недостатков устройств и систем во многом способствует дальнейшему развитию автоматизации.

Наша страна по уровню развития автоматизированных средств и науки автоматического управления занимает одно из ведущих мест в мире. Примерами этого высокого положения могут служить: введение в 1964 г. в эксплуатацию первой в мире полностью автоматизированной атомной электростанции; запуск в 1957 г. первого искусственного спутника Земли; первый космический полёт в 1961 г.; мягкая посадка на Луну в 1966 г. первого полностью автоматизированного устройства; исследование Луны с помощью лунохода; вывод на орбиту, функционирование станции «Салют» и полёты к ним автоматических грузовых кораблей «Прогресс».

Предмет и содержание дисциплины

Курс «ТАУ» является технической дисциплиной, имеющей целью дать знания и некоторые практические навыки основам теории автоматического управления и элементам автоматических систем, которые могут быть приложены к изучению и анализу частных практических реализаций автоматических систем в машиностроении.

На изучение дисциплины отводится 80 часов, из них на теоретическое обучение, 30 часов на практическое обучение – 20 часов. На самостоятельное изучение дисциплины отводится 30 часов. Дисциплина включает 9 тем и изучается в 6 семестре на лекциях, практических, групповых и лабораторных занятиях. Форма отчётности по дисциплине – зачёт.

Основные понятия и определения:

цели и задачи управления; управляемый объект;

автоматическое управляющее устройство; автоматическая система;

воздействия и сигналы

Автоматика является отраслью науки и техники, охватывающей теорию и практику построения систем управления техническими процессами, действующими без непосредственного участия человека.

Центральным в автоматике является понятие управления. Под управлением понимается совокупность действий, направленных на поддержание или изменение функционирования управляемого объекта в соответствии с заданным законом.

Управление может быть ручным или автоматическим.

Управление, осуществляемое без участия человека с помощью специальных автоматических устройств, называется автоматическим.

Целью автоматического управления является получение необходимых характеристик управляемого объекта.

Задачи управления направлены на поддержание постоянства параметров того или иного процесса или на изменение параметров процесса по заданному закону.

Объектом управления (ОУ) (управляемым объектом) называется техническое устройство, в котором происходит процесс управления. Это может быть самолет, двигатель, воздухозаборник, система вооружения и т.д.

Автоматическое управляющее устройство (АУУ) – это совокупность элементов, обеспечивающих управление. Оно способно работать без участия человека.

Совокупность объекта управления и автоматического управляющего устройства вместе с их связями называется системой автоматического управления (САУ) или просто автоматической системой (АС).