Лекция 1
Основные понятия и определения
Замена труда человека в операциях управления называется – автоматизацией
Технические средства, выполняющие операции управления – автоматические устройства.
Технические средства, осуществляющие технологические и транспортные операции являются объектами управления
Система, содержащая объекты управления и средства управления, обеспечивающие полную автоматизацию всех рабочих операций, называется автоматической системой.
Если в системе автоматизирована только часть операций, а остальные выполняются людьми, система называется - автоматизированной.
Объектами управления могут быть, например, теплообменники, промышленные реакторы, ратификационные колоны, транспортные устройства и т.п.
Состояние объекта управления (процесса) можно охарактеризовать совокупностью физических величин, называемых показателями, параметрами или, в общем случае, координатами (температура, давление, концентрация, расход, собственно положение объекта и т.д.)
Основной задачей средств управления является поддержание координат объекта в заданных пределах (задача регулирования) или изменение их по определенному закону.
ТАУ занимается изучением операций по обеспечению заданного закона изменения координат (анализ объектов и систем), а также принципов построения систем управления (задача синтеза).
Обычно координаты объекта являются вектором. Они обозначаются
Управляющее воздействие обозначается:
Помимо управляемых координат и управляющих воздействий на объект действуют также возмущающие воздействия:
Пример: водонапорная башня
H=Y – высота воды:
Gпитания =U – управляющее воздействие;
Gпотребления =Z – возмущающее воздействие;
Координаты объекта, связаны с управляющими и возмущающими воздействиями и эта связь в общем случае может быть описана выражением:
где A-некоторый оператор преобразования.
Если А является обычной функцией, то объект называется статическим или безынерционным.
Как правило, координаты объекта зависят не только от состояния входных воздействий в настоящий момент времени, но и от состояния их в предыдущее время, т.е. практически огромное большинство объектов являются инерционными или динамическими.
Для нашего примера
или
Для инерционных объектов зависимость между управляемыми координатами и входными воздействиями описываются дифференциальными, интегрирующими или конечно-разностными уравнениями.
Изменение координат объекта в ходе процесса определяется совокупностью правил или математических зависимостей, называемых алгоритмом функционирования системы. Этот алгоритм определяется технологическими, экономическими либо иными требованиями. Алгоритм управления зависит как от алгоритма функционирования, так и от динамических свойств элементов системы.
В зависимости от способа увязки алгоритма управления и алгоритма функционирования различают следующие системы.
А. Разомкнутая система программного управления (рис. 1)
И.П
У.У
О.У
Рис. 1. Система программного управления: И.П. – источник программы;
У.У. – устройство управления; О.У. – объект управления
Наиболее простая, но влияние возмущающих воздействия необходимо учесть заранее.
Б. Разомкнутая система с компенсацией возмущающих воздействий (рис. 2)
К
И.П
У.У
О.У
Рис. 2.
К – компенсатор, служащий для выработки воздействия, компенсирующего возмущения. Сложнее первой, но более точная, поскольку учитывает и компенсирует реально действующее возмущение.