Теоретические основы автоматизированного управления. Учебно-методическое пособие

Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы.

Модель – описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания – детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.

Модель функционирования (поведения) системы – это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени, например: натурные, электрические, машинные и другие модели.

Равновесие – это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость – способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий.

Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, по аналогии с техническими устройствами называют устойчивым состоянием равновесия. Равновесие и устойчивость в экономических и организационных системах – гораздо более сложные понятия, чем в технике, и до недавнего времени ими пользовались только для некоторого предварительного описательного представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организационных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.

Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучению механизмов, лежащих в их основе, уделяют в кибернетике и теории систем большое внимание. Понятие развития помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.

Возмущающее воздействие – воздействие, выводящее систему в нежелательное состояние.

Управление (управляющее воздействие) – воздействие, выбранное из множества возможных на основе поставленной цели и принятого критерия.

Критерий – оценка вариантов решений.

Цель – состояние, к которому стремится система.

Объект управления (ОУ) – динамическая система любой природы, преобразующая ресурсы в продукты и находящаяся под действием управляющих и возмущающих воздействий.

Управляющая часть (УЧ) – часть системы, вырабатывающая решения и передающая их на объект управления.

Среда – это какая-то система, в которую рассматриваемая система управления входит составной частью.

Функционирование системы – работа системы в рамках заданной структуры.

Развитие системы – работа системы в условии острых противоречий, которые могут вызвать изменение структуры.

Рассмотрим подробнее объект управления (рис. 1.6) как систему преобразования ресурсов в продукты.

Объект управления использует следующие виды общих ресурсов: материальные, трудовые, финансовые, оборудование и техническую информацию.

1.4. Методы управления

Используется следующие принципы управления: разомкнутое (по программе), замкнутое (обратная связь), компенсация возмущений

иуправления по двум каналам.

Вобщем виде система управления можно представить следующим образом (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Структура системы управления: U – управляющее воздействие; X – выходная величина; Y – заданное значение

А. Разомкнутое управление.

Рис. 1.9. Структура управления по программе

Б. Управление по обратной связи.

:456

Рис. 1.10. Структура управления по обратной связи

Задача управления по обратной связи заключается в том, чтобы ошибка .

Иногда такой метод управления называют управлением по отрицательной обратной связи.

Преимущество метода – нет необходимости знать значение Z(t) в определенных пределах.

Недостаток – в общем случае, всегда будет ошибка управления x(t).

В. Управление по возмущению.

Рис. 1.11. Структура управления по возмущению

Вметоде управления по возмущению осуществляется измерение Z(t), а ИО посылает сигнал объекту.

ВИО имеется математическая модель объекта, которая позволяет сформировать нужный сигнал на объекте.

Рис. 1.12. Структура комбинированного управления

В этом методе удается сформировать негативное влияние возмущения и одновременно устранить накапливаемую ошибку.

1.5 Объект и предмет теории автоматизированного управления

Объектом любой теории является то, на что она направлена, т. е. что является ее содержанием. В этом смысле объектом теории автоматизированного управления является процесс управления в ор- ганизационно-экономических и технических системах.

Предметом теории является аппарат, с помощью которого производятся исследования объекта данной теории. Предметом теории могут быть математические методы и модели, виды моделирования, технические средства.

Контрольные вопросы:

1.Каковы причины появления автоматизированного управления?

2.Расскажите историю становления и развития теории автоматизированного управления.

3.Как Вы понимаете смысл определений управления в широком смысле?

4.Что такое «алгоритм управления»?

5.Сформулируйте понятие «процесс управления».

6.В каких взаимоотношениях находятся объект управления и управляющий орган?

7.Перечислите задачи, решаемые системой управления.

8.В чем состоит принципиальная разница между автоматическим и автоматизированным управлениями?

9.Раскройте понятие «система», «элемент», «подсистема».

10.Поясните содержание понятий «структура» и «связь».

11.Что такое «иерархия»?

12.Что вкладывается в понятия «состояние», «поведение» и «модель» системы?

13.Раскройте понятие «цель». Какова его роль в управлении?

2. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

2.1.Классификация автоматизированных систем

Внастоящее время АС получили широчайшее распространение. Их классификация осуществляется по ряду признаков. В зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные признаки классификации. При этом одна и та же АС может характеризоваться одним или несколькими признаками. В качестве признаков классификации АС используются следующие признаки:

•направление деятельности;

•область и специфика применения;

•охватываемая территория;

•организация информационных процессов;

•назначение;

•структура и др.

Укрупненная (общая, глобальная) классификация АС. При самом общем (глобальном) рассмотрении АС ее можно представить состоящей из двух частей: функциональной и обеспечивающей. Например, автоматизированным системам организационного типа, таким, как автоматизированные системы управления предприятием (АСУП), системам управления объединением, фирмой, отраслью присуще наличие очень большого числа различных целей, которые система стремится достичь одновременно. У АСУП можно выделить следующие цели: повышение вероятности выполнения плана, снижение себестоимости продукции, повышение качества продукции, выход продукции на международный рынок, повышение престижа предприятия в адми- нистративно-территориальном районе и т. п. Между целями могут существовать как взаимоподдержка, так и состязательность. Взаимоподдержка выражается в том, что достижение одной цели способствует достижению другой (или других) целей; состязательность выража-

ется в том, что ради большего достижения других целей приходится поступиться степенью достижения данной цели.

В свою очередь, каждая из глобальных целей может быть разбита на некоторое множество локальных целей или целей более низкого уровня. Аналогично каждая из локальных целей может быть разбита на некоторое множество подцелей следующего уровня иерархии.

Функциональная подсистема – это часть автоматизированной системы, которой поставлена в соответствие одна или несколько целей (подцелей) системы управления. Таким образом, функциональная часть АС – это некоторый набор функциональных подсистем. В самом простейшем случае функциональная подсистема состоит из управляющей части и объекта управления, как показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Общее представление функциональной части АС

Управляющая часть воздействует на объект управления посредством выдачи команд, желая привести объект управления в некоторое требуемое состояние. Команды – это распорядительная информация. Поскольку управляющей части небезразлично состояние объекта управления, то всегда присутствует обратная связь, это – осведомительная информация.

Взаимодействие управляющей части с объектом управления осуществляется в некоторой среде, которая в общем случае вредит управлению.

Применительно к АСУП традиционно выделяют следующие функциональные подсистемы:

•технической подготовки производства;

•технико-экономического планирования;

•оперативного управления производством;

•материально-технического снабжения;

•управления кадрами;