3 Большие (сложные) технические системы

В различных сферах деятельности приходится сталкиваться с большими или сложными системами. К ним относятся системы жизнеобеспечения (теплоснабжение, водопровод), энергосистемы (объединения электростанций, связанных через ЛЭП между собой и с потребителями электроэнергии), транспорт (железная дорога, нефтепровод), связь (телефон, почта), информационно-вычислительные сети (Интернет). Принятие решений при разработке и эксплуатации больших систем часто происходит в условиях неопределённости, связанной с отсутствием чёткой формулировки целей системы, неполнотой и недостоверностью информации, воздействием на систему случайных факторов и т. д. Как правило, неизвестно, сколько будет открыто водопроводных кранов и включено электрических лампочек в данный момент времени, сколько электровозов будет подниматься в гору и потреблять дополнительную электрическую энергию, какие цели преследует та или иная 'естественная монополия' (железная дорога, почта, Газпром и т. п.). Компонентами большой системы являются не только технические устройства, но и люди: специалисты, обладающие высокой профессиональной подготовкой, операторы, неквалифицированные конечные пользователи. Таким образом, возникает проблема оптимального сочетания человеческих способностей и возможностей автоматических устройств, распределения функций системы между техническими средствами и людьми. Эксплуатация больших систем осложняется необходимостью учитывать 'человеческий фактор' – влияния анатомических, физиологических и психологических особенностей людей на эффективность функционирования системы. Для решения задач, возникающих в процессе проектирования, разработки, отладки, внедрения и эксплуатации сложных систем наряду со строгим математическим аппаратом часто приходится применять неалгоритмизированные процедуры.

4 Системы управления

Управлением называется последовательность действий, выбранных на основании некоторой информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования объекта в соответствие с имеющимся алгоритмом или целью функционирования. При исследовании систем управления в них выделяют части, предназначенные для формирования управляющих воздействий (устройство управления), оставшуюся часть системы считают объектом управления.

Автоматическое регулирование - процесс поддержания или изменения по заданным условиям какой-либо величины в машинах, аппаратах и других устройствах, осуществляемое специально для этой цели приспособленными приборами - автоматическими регуляторами. Установленный режим работы машины или другого технического устройства обычно нарушается внешним возмущением. Какова бы ни была природа этих возмущений, их вредное действие на процесс должно быть скомпенсировано соответствующим воздействием регулятора. Так, например, постоянство оборотов любого двигателя нарушается изменением внешней нагрузки и должно поддерживаться за счёт воздействия на органы, дозирующие подвод пара, топлива и т. д.; постоянство температуры в каком-либо приборе нарушается при изменении условий обогрева и должно компенсироваться изменением интенсивности обогрева. Для поддержания постоянства какой-либо величины можно было бы замерять возмущения и воздействовать на машину в зависимости от этих замеров. Такой путь стабилизации процесса называется автоматической компенсацией. Примером такой системы может служить устройство, измеряющее температуру наружного воздуха и в зависимости от её значения изменяющее температуру радиатора, который обогревает помещение. Однако не всегда можно предусмотреть возможные источники возмущения. Поэтому во многих случаях управление процессом только путём автоматической компенсации невозможно.

Значительно чаще вместо замера самых разнообразных возмущений ограничиваются замером величины, которую необходимо регулировать, и воздействуют на машину в зависимости от отклонения этой величины от заданного значения. Машина, аппарат или иное устройство, является регулируемым объектом, а часть регулируемого объекта, на которую воздействует автоматический регулятор - регулирующим органом объекта. Регулятор дложен содержать задатчик - устройство, с помощью которого устанавливается значение регулируемой величины и измерительное устройство, измеряющее текущее значение регулируемой величины, сравнивающее его с заданным значением и реагирующее на их рассогласование или ошибку - отклонение текущего значения регулируемой величины от заданного значения. Обычно измерительное устройство состоит из двух приборов - чувствительного элемента и элемента сравнения. Чувствительный элемент измеряет текущее значение регулируемой величины, а элемент сравнения вычисляет рассогласование, сравнивая сигналы, поступающие от чувствительного элемента и задатчика. Если измерительное устройство развивает усилие, достаточное для перемещения регулирующего органа с требуемой скоростью, чувствительный элемент непосредственно соединяют с регулирующим органом и регулятор называется регулятором прямого действия. В регуляторах непрямого действия сигнал, который вырабатывает измерительное устройство, подаётся на вход усилительного каскада (гидравлического, пневматического, электрического и т. д.), в котором за счёт подвода энергии извне развиваются сила и мощность, достаточные для перемещения регулирующего органа.

Анализ системы автоматического регулирования начинают с выяснения, что представляет собой объект управления и какая величина является регулируемой. Затем последовательно выделяют компоненты системы, выполняющие функции датчика, задатчика, элемента сравнения, регулирующего органа.