Электронные системы

Предмет и задачи дисциплины

Трудно назвать сейчас отрасль промышленности или область науки, в которой не применялась бы или не могла быть применена электроника.

Электроника делится на физическую и техническую.

Физическая электроника изучает физические явления в приборах, действие которых основано на изменении концентрации и перемещении заряженных частиц в вакууме, газе или твердых кристаллических телах

.Техническая электроника изучает:

а) электрические свойства, характеристики и параметры названных видов приборов, а также режимы работы электрических цепей, которые содержат эти приборы;

б) свойства комплексных электронных систем.

Главными областями современного развития технической электроники являются:

1) радиоэлектроника, обслуживающая все виды связи (радиовещание, телевидение, радиолокацию, радионавигацию, радиоастрономию и др.);

2) промышленная электроника, обслуживающая различные виды техники электронными устройствами измерения, контроля, регулирования, защиты и других видов управления; к промышленной электронике относятся также электронные системы преобразования тока, широко применяемые в энергетических установках и электрическом транспорте;

3) ядерная электроника, охватывающая область, связанную с изучением процессов получения и использования ядерных частиц и радиоактивных излучений, которые возникают при перестройке или распаде ядра;

4) биологическая электроника, использующая электронные явления и электронную аппаратуру для проведения биологических исследований и особенно широко развивающаяся в настоящее время в медицине (медицинская электроника).

Можно назвать и ряд других областей (геология, химия и др.), в которых широко применяются электронные устройства и системы.

В промышленной электронике развились такие направления:

1) информационная электроника, к которой относятся электронные системы, связанные с процессами измерения, контроля и управления режимами работ промышленных объектов и технологических процессов;

2) энергетическая электроника, к которой относятся установки средней и большой мощностей, применяемые для преобразования одного вида тока в другой; удельный вес таких установок в энергетическом балансе страны очень велик, поскольку системы пре образования тока применяются в установках электролиза цветных металлов и солей, в электрифицированном транспорте, в промышленных электроприводах, грузоподъемных устройствах, а также в системах передачи энергии постоянным током на большие расстояния;

3) электронная технология, использующая электронные и ионные пучки, а также электромагнитные и звуковые колебания (в первую очередь ультразвуковые) для воздействия на вещество с целью создания пленок и совершенствования технологических процессов; это быстро развивающееся направление.

1 Электронные системы.Назначение, структурная схема и порядок функционирования систем управления технологическими процессами.

Система - объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений.

Характеристики системы определяются:

- характеристиками составляющих систему элементов;

- характеристиками связей между ними.

Основное свойство систем управления - стремлением достичь некоторой цели.

Система существует не сама по себе, а в окружении множества других элементов.

Внешняя среда - множество существующих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием в условиях рас­сматриваемой задачи.

В любой реальной системе число всех существующих взаимосвязей чрезвычайно велико, так что учесть и исследовать абсолютно все связи практически невозможно, поэтому их число приходится ограничивать.

Задача исследователя - выделить существенные для рассматриваемой системы связи и отделить их от маловажных. Для определения границ системы, выделения существенных взаимосвязей используют формализованные методики, руководящие методические материалы, наконец, типовые проекты систем. Если заданы цель систе­мы, решаемые задачи, алгоритмы функционирования, задача суще­ственно облегчается. Однако большое разнообразие систем, нали­чие практически для каждой конкретной системы индивидуальных, специфических особенностей приводит к тому, что разработчику самому приходится решать, какие связи считать существенными для данной системы. Это относится к принципиально новым системам, не имеющим аналогов.

При недостаточном знакомстве с системой, неизбежном на начальных этапах разработки, исследователь может либо исключить, как маловажные, существенные связи, либо включить в рассмотре­ние связи, практически не влияющие на работу системы. В процессе детальной разработки выясняется, что на работу систе­мы в сильной степени влияют такие связи, существование которых трудно было выявить на начальных этапах исследования.

По мере расширения и уточнения знаний о системе, составления все более точной ее модели исследователь должен вновь и вновь возвращаться к вопросу о границах системы, взаимосвязях между ее элементами и с внешней средой, корректируя первоначальное представление. Чем выше сте­пень индивидуальности разрабатываемой системы, тем реальнее возможность значительных корректировок первоначального представления в ходе разработки.

По степени связи с внешней средой различают системы замкнутые (или изолированные) и открытые.

Замкнутой называ­ют систему, любой элемент которой имеет связи только с элемента­ми самой системы.

Замкнутая система не имеет связей с внешней средой, ее элементы взаимодействуют только друг с другом, внутри системы. Замкнутая система - абстракция, реально таких систем не существует. Однако это понятие является полез­ным для исследования систем.

Открытой называют систему, у которой хотя бы один элемент имеет связь с внешней средой.

Все реальные системы связаны с внешней средой, поэтому являются открытыми. Даже в абстрактной замкнутой системе предполагается возможным наличие внешних связей, которые для данного случая считаются несущественными и поэтому не рассматри­ваются.

Множество элементов, составляющих систему, объединено в нее по определенному признаку или правилу. Всегда можно ввести некоторые дополнительные признаки и раз­делить по ним множество элементов системы на подмножества, вы­деляя тем самым из системы ее составные части — подсистемы.

Подсистема — выделенное из системы по опре­деленному правилу или принципу целенаправленное подмножество взаимосвязанных элементов любой природы.

Любая система, представляя собой нечто целое, в то же время состоит из подсистем, каждую из которых можно рассматривать как самостоятельную систему, и, наоборот, любая система, представляя собой нечто целое, в то же время является частью, подсистемой некоторой более крупной системы.

Возможность многократного деления системы на подсистемы приводит к тому, что любая система содержит некоторые подсистемы, полученные выделением из исходной, в свою очередь состоящие из более мелких подсистем, состоящих из еще более мелких, и т. д.

Все подсистемы, полученные непосредственным выделением из одной исходной, относят к подсистемам одного уровня или ранга. При дальнейшем делении получаем подсистемы все более низкого уровня. Такое деление называют иерархией.

Число уровней, число подсистем каждого уровня может быть самым различным. Однако подсистемы, непосредственно входящие в одну систему более высокого уровня, действуя совместно, должны выполнять все функции той системы, в которую они входят.

В иерархической системе управления любая подсистема неко­торого уровня подчинена каждой подсистеме любого более высокого уровня, в состав которой она входит, и управляется ею. Для систем управления деление системы возможно до тех пор, пока выделенная при очередном делении под­система не перестает выполнять функции управления. Системами управления низшего иерархического уровня являются такие, которые осуществляют управление непосредственно некоторым орудием труда, механизмом, устройством или техноло­гическим процессом. Системы управления любого другого уровня, кроме низшего, всегда осуществляют управление технологическим процессом не непосредственно, а через подсистемы промежуточных, более низших по отношению к данной, уровней.

То обстоятельство, что любая подсистема является одновремен­но и самостоятельной системой, и подсистемой системы более высо­кого уровня, приводит к двум аспектам изучения систем:

- изучение системы на макро­уровне - взаимодействию системы с внешней средой, причем системы более высокого уровня можно рассматривать в этом случае как часть внешней среды;

- изучение системы на микроуровне - взаимодействие элементов системы между собой, их свойства и условия функционирования.

Для полного изучения системы необходимо сочетание обоих под­ходов.