книги из ГПНТБ / Лоскутов В.И. Основы современной техники управления

2.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ

Управляющие системы с применением ЭВМ приобретают все большее значение в народном хозяйстве. Они обеспечивают формирование и выдачу организационно-экономических и ин­ женерных решений, устанавливающих режим работы техни­ ческих средств, порядок поведения персонала и использование информации, а также выработку способов рационального веде­ ния управляемых процессов.

Каждая из таких систем определяется наличием цели управления, сложностью решаемых задач, характером взаимо­ связи образующих систему элементов, объемом перерабаты­ ваемой информации и видом внешних возмущений.

В общем виде управляющую систему можно определить как некоторую часть элементов материального мира, облада­

ее часть, которая сохраняет свою целостность и неделимость. Качественные и количественные характеристики, отражаю­ щие свойства системы, являются ее параметрами.

Пространственная взаимосвязь элементов системы при реа­ лизации определенных процессов образует контур системы. Временные характеристики систем определяют режим проте­ кания действующих в ней явлений и процессов. Система должна рассматриваться в условиях ее функциональной цело­ стности, определяемой наличием взаимосвязи внутренних про­ цессов и реакцией на влияние внешней среды. Воздействие последней выражается как в виде возмущающих, так и орга­ низующих факторов.

Управляющие системы обладают разной степенью автома­ тизации процессов управления. В реальных инженерных

29

необходимых режимов работы как локальных объектов, так

ивсей системы в целом.

Врезультате проведенных обследований и изучения про­ текающих в управляемом комплексе процессов необходимо определить пространство возможных состояний системы, на­ личие определяющих ее параметров и перечень контролируе­ мых переменных.

большей системы.

При создании автоматизированной системы в первую оче­ редь требуется установить ее точные границы, а также формы взаимосвязи с большей, так называемой метасистемой, в состав которой проектируемая АСУ входит как отдельное звено.

Границы системы фиксируются группой объектов и про­ цессов, являющихся ее непременными компонентами. Функ ­ ционирование и внутренние взаимосвязи этих компонентов определяют круг задач, решаемых системой, а на основе их структурного упорядочения выявляются вход и выход как полюсы системы и формы ее взаимодействия с внешней средой.

Таким образом, формируются два взаимодействующих вида требований, вытекающих из намечаемых функций и внутрен­ ней структуры системы. Первое из них является основой раз­ работки математической модели системы, второе моделирует условия жизни создаваемой системы во внешней среде.

На рис. 4 показана схема абстрактной системы, взаимодей­ ствующей с внешней средой. Как видно из представленной схемы, система строится из функциональных (Ф) и морфоло­ гических (М) требований. На создаваемую систему действует внешняя среда (С) в виде социальных и экономических про­ цессов и воздействий природных условий. Она взаимодействует с некоторой метасистемой, частью которой и является управ­ ляемый комплекс объектов (О). Очень часто обратные действия проектируемой системы на первые три вида возмущений бы­ вают столь незначительны, что ими можно пренебречь. Тогда учитывается лишь их одностороннее влияние в виде возму­

между ними факторов. Так, например, система управления промышленным предприятием, являющаяся частью более общей отраслевой системы, находится под ее контролем и по­ лучает от нее плановые задания и соответствующие ресурсы.

31

Оперативная деятельность предприятия и учитываемые при этом результаты непосредственно влияют на протекающие про­ цессы отраслевой системы, которая в свою очередь аналогично взаимодействует с системой государственного управления.

Заранее определяемые границы системы фиксируются в виде целевых функций и ограничений, накладываемых на

Рис. 4. Схема взаимодействия автоматизирован­ ной системы управления с внешней средой

соответствующие координаты того многомерного пространства, в котором функционирует управляемый комплекс.

Строго очерченные границы системы и своевременный учет детерминированных внешних возмущений позволяют скон­ центрировать поиск оптимальных решений при ее функциони­ ровании на ограниченном участке получаемых результатов.

Связь системы со средой осуществляется с помощью со­ ответствующих входов и выходов. В значительном большин­ стве систем различают три вида входов и выходов: материаль­ ный, энергетический и информационный. Через материальные входы система принимает сырье, материалы, полуфабрикаты,

32

комплектующие изделия и т. д., через соответствующие вы ­ ходы она выдает готовую продукцию, заготовки и другие

на выходе ее получаются преобразованные виды энергии. Для

о состоянии контролируемых процессов и сведения о возму­ щающих воздействиях внешней среды, с помощью вторых выдаются результаты их переработки для формирования управляющих сигналов.

Под влиянием внешних возмущений и управляющих воз­ действий происходит последовательная смена состояний управ­ ляемых объектов, определяющих процесс функционирования системы в целом.

При заданной и практически достигнутой степени органи­ зации системы с помощью обратной связи контролируются имеющиеся отклонения в ее состоянии и осуществляется ста­ билизация внутренних процессов в установленных для этого пределах.

Таким образом, управление с наличием обратной связи яв ­ ляется средством защиты системы от возмущающих воздей­

состоящая из управляемого объекта и управляющего устрой­ ства. Связь между ними осуществляется с помощью инфор­

вход (2) для него подается необходимое количество соответ­ ствующих видов энергии, через вход (3) воспринимаются воз­ мущающие воздействия от внешней среды. Информация по­ ступает в управляющее устройство от датчиков через вход (4) на контролируемый объект поступают управляющие сигналы.

В реальных условиях рассматриваемая схема, как правило,

объектов и их взаимосвязи друг с другом. Эти усложняющие факторы требуют соответствующей организации информаци-

33

онных каналов, правильного распределения функций управ­ ления между производственным персоналом и автоматиче­ скими устройствами и, наконец, выработки четких техниче­ ских требований для создания управляющего органа.

При точно выявленном назначении системы однозначно определяются и функции ее управляющего органа. Реализа-

(3)ІЗ)

Управляющее

устройство

(ЗВМ)

Ограничения

Рис. 5. Схема управления локальным объектом:

ция этих функций производится на основе разработки органи­ зационной и технической части системы. Первая из них пред­ ставляет совокупность правил, инструкций, регламентирован­ ных норм и материальных приемов, определяющих способы упорядочения и переработки информации для целей управ­ ления. В задачу этой части входит контроль за состоянием процессов и выработка методов управления во всех возмож­ ных ситуациях при функционировании системы. Организацион­ ная часть может использоваться как в виде самостоятельной основы действия системы, так и в сочетании с принятыми для ее оборудования техническими средствами. Так, многие си-

34

стемы состоят из одних людей, но и в этом случае принимае­ мые ими решения основаны на получении и анализе инфор­ мации, содержащейся в различного рода документах, публи­ кациях и т. д.

Организационная часть системы строится на основе зара­ нее разработанных тактических приемов и стратегической организации ведения процессов, с учетом возможности при­ способления всего комплекса к изменяющимся условиям среды.

Реализация принимаемых при этом управляющих воздей­ ствий позволяет переводить систему в более организованное состояние. Средством для этого во многих случаях служит техническая вооруженность системы и достаточная свобода выбора при ее воздействии на управляемые процессы путем механизации и автоматизации управленческих функций.

Техническая часть системы состоит из взаимосвязанных между собой агрегатов, машин и устройств для формирова­ ния, передачи, хранения и переработки информации, а также для осуществления законов управления контролируемыми процессами.

В зависимости от структуры и степени автоматизации управляемых комплексов применяются различные комбина­ ции этих частей системы. В ряде систем по условиям их при­ менения может быть развита информационная или управляю­ щ а я часть.

В практических условиях часто приходится сталкиваться с системами управления смешанного типа, в которых развиты и функционируют отдельно как ее организационная, так и техническая часть. Обе они воздействуют на управляемый объект. В их основе лежит перерабатываемая информация о состоянии объекта и воздействиях внешней среды.

Классификация систем управления

В настоящее время еще не установлена строгая классифи­ кация систем управления. Тем не менее по ряду признаков системы можно объединить в отдельные классы.

Различают системы малого и большого масштаба. В на­ стоящее время нет точного разграничения между этими поня­ тиями. Системы малого масштаба у ряда авторов рассматри­ ваются как автоматизированные системы управления с не­

управления и сравнительно простыми закономерностями. Как

35

правило, эти системы связаны с управлением локальных объ­ ектов и процессов с помощью управляющих вычислительных машин и обычных средств автоматизации.

Большие системы образуются из блокированных комп­ лексных подсистем и локальных объектов, управление кото­ рыми осуществляется с помощью многоступенчатой управ­ ляющей структуры со ступенями различных рангов. В ряде

указывают следующие характерные черты больших систем: наличие у всей системы общей цели, большие размеры по числу элементов, выполняемых функций и входов, сложные взаимосвязи между определяющими переменными и сложные петли обратных связей, нерегулярные внешние возмущения стохастического характера.

По областям применения классификация автоматизирован­ ных систем управления показана на рис. 6. В приведенной схеме выделены три основные различающиеся между собой сферы применения АСУ: промышленная, непромышленная

инаучная.

Впромышленной сфере превалирует отраслевой характер иерархии АСУ. В ее нижней ступени в ряде случаев создаются организационно-технологические системы, наиболее экономи­ чески оправданные по результатам их эксплуатации.

Непромышленная сфера включает в свой состав отрасли народного хозяйства, отличающиеся как своими специфиче­ скими особенностями, так и структурой построения. Часть из

ектно-изыскательских работ и научного эксперимента. В при­ веденную классификацию не входит целый ряд локальных си­ стем, решающих частные задачи автоматизации процессов управления, но все же дает представление о многообразии со­ здаваемых в народном хозяйстве АСУ.

По своим основным свойствам системы управления могут предназначаться для управления локальным процессом или технологическим агрегатом, комплексом технологических про­ изводств или административно-хозяйственных процессов, от­ раслевыми или межотраслевыми процессами.

По характеру входных сигналов системы делятся на дис­ кретные и непрерывные. На входе дискретной системы

36

Рис. 6. Классификация автоматизированных систем управления по областям их применения

принимаются прерывистые сигналы. Ко второму классу отно­ сятся системы с непрерывными входными сигналами.

По характеру управляемых комплексов принято также де­ ление на непрерывные, дискретные и непрерывно-дискретные процессы. Особенно себя оправдывает такое деление в про­ мышленных условиях, при этом на предприятиях дискрет­ ного типа по методам внутренней организации выделяются индивидуальные, серийные и массовые виды производства,

масштаба для управления локальным объектом. В основу ее действия положено математическое описание работы контроли­ руемого объекта в виде соответствующей системы уравнений, решаемой по выбранному алгоритму. Исходная информация о ходе процесса и о внешних возмущениях поступает от дат­ чиков 2 объекта 1 в блок 3, где происходит преобразование информации из непрерывной в числовую форму по принятому для управляющей системы коду. С помощью коммутирую­ щего устройства 3 этого же блока исходные данные о состоя­ нии процесса в нужной последовательности вводятся в управ-

38