Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лекции / lekcii_teoriya_avtomaticheskogo_upravleniya.doc
Скачиваний:
189
Добавлен:
22.02.2014
Размер:
4.56 Mб
Скачать

133

Основы теории управления

Введение

В число научных дисциплин, образующих науку об управлении, входит теория автоматического управления и регулирования.

Теория автоматического управления (ТАУ) – это научная дисциплина, предметом изучения которой являются информационные процессы, протекающие в системах автоматического управления (САУ).

ТАУ выявляет общие закономерности, присущие САУ различной физической природы, а на основе этих закономерностей разрабатывает принципы построения высококачественных систем управления.

При изучении процессов управления в ТАУ абстрагируются от физических и конструктивных особенностей систем и вместо реальных систем рассматривают их адекватные математические модели, отсюда – основным методом исследования в ТАУ является математическое моделирование. Кроме того, методологическую основу ТАУ образуют:

  • Теория обыкновенных дифференциальных уравнений,

  • Операционное исчисление,

  • Гармонический анализ,

  • А также векторно-матричная алгебра.

Взаимосвязь ТАУ с другими техническими науками

ТАУ вместе с теорией функционирования элементов системы управления (датчиков, регистров) образует автоматику. Автоматика является одним из разделов технической кибернетики, науки об управлении техническими объектами. В автоматике также выделяется теория информации – наука, занимающаяся сбором и обработкой информации, необходимой для управления техническими объектами и ТАУ.

Кибернетика  наука об оптимальном управлении сложными системами (технические объекты, технологические процессы, живые организмы, коллективы, предприятия и др.).

Историческая справка

Основоположником предмета теории автоматического управления является русский ученый и инженер И.А. Вышнеградский, который в 1867 г. опубликовал ра­боту о регуляторах прямого действия. В этой работе он впервые доказал, что объект регулирования и регулятор являются единой системой регулирования, и поэтому процессы, проходящие в регуляторе и объекте управления, являются взаимосвязан­ными и должны рассматриваться вместе, т.е. системно.

В это же время в том же направлении работал Максвелл. В дальнейшем выдающиеся русские ученые А.М. Ляпунов и Н.Е. Жуковский создали основы математической теории процессов, протекающих в автоматически управляемых машинах и механизмах.

Развитие современной теории автоматического управления началось в 20-30гг 20-го века с появления статей Минорского, Найквиста, Хазена. Теоретические работы сделали возможным для инженеров повседневно проектировать системы автоматического регулирования, используя классические методы.

В последнее время, когда классические методы достигли своего совершенства, исследовательские работы были направлены на разработку методов оптимизации. Работы современного ТАУ:

А.С. Понтрягин - «принцип максимума».

Р.Беллман и Р.Каллман - «Принцип оптимальности автоматизированного управления».

Основные понятия и определения тау

Системой автоматического управления  называют совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства (регулятора), взаимодействующих между собой.

САУ – это такая система, в которой управляющие функции выполняются автоматически, т.е. без участия чело­века.

АСУ (автоматизированная система управления)  это система, в которой часть управляющих функций выполняется автоматическими управляющими устройствами, а часть функций (наиболее важных и сложных) выполняется человеком.

Алгоритм функционирования устройства (системы) – это совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению технического процесса в устройстве (системе).

Объект управления – устройство (совокупность устройств), установка или процесс осуществляющее технический процесс и нуждающееся в специально организованных воздействиях извне для осуществления его алгоритма функционирования.

Алгоритм управления – это совокупность предписаний, определяющая характер воздействий извне на объект с целью осуществления его алгоритма функционирования.

Автоматическое управление  это процесс осуществления воздействий, соответствующих алгоритму управления.

Автоматическое управляющее устройство – устройство, осуществляющее воздействие в соответствии с алгоритмом управления.

Алгоритм функционирования УУ – это и есть алгоритм управления.

Объектом управления в ТАУ могут быть любые технические объекты, технологические процессы, а также более простые САУ.

Любой объект характеризуется рядом величин, определяющих процессы в самом объекте, влияние внешней среды на объект, влияние управляющих сигналов с регулятора.

Воздействиями называют величины, влияющие на объект извне. Воздействия бывают двух типов:

  1. Управляющее воздействие (управляющий сигнал, управляющая входная величина) – это воздействия, вырабатываемые управляющим устройством (или задаваемые человеком).

  2. Возмущения  воздействия на объект, не зависящие от системы управления. Возмущения делятся на нагрузку – это внешние воздействия, обусловленные работой системы и помехи  вредное влияние внешней среды, обусловленное побочными явлениями в объекте.

Различают три аспекта воздействия: энергетический (преобразование и передача энергии), метаболический (преобразование формы и состава вещества), информационный – заключается в том, что и при энергетическом, и при метаболическом проявлении каждое воздействие одновременно является носителем информации.

Информационный аспект наиболее важен для изучения процессов в САУ. Эти процессы заключаются в преобразовании сигналов.

Сигнал – это изменение определённой физической величины, которое отображает в соответствии с принятой условностью информацию, содержащуюся в воздействии.

Величины, характеризующие изменения в самом объекте, называются внутренними величинами или состоянием объекта.

Среди них следует выделить управляемую величину, которая характеризует состояние объекта и которую преднамеренно изменяют или поддерживают постоянной.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.