ПРЕДИСЛОВИЕ К ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ.
ЛЕКЦИЯ 1.
Тема 1. ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ УПРАВЛЕНИЯ
Золотая узда не сделает клячу рысаком.
Луций Анней Сенека. Римский писатель,
философ-стоик. I в.н.э.
Отсюда следует, что никакая самая совершенная система управления не способна на чудеса. Купите рысака, лекарство для клячи обойдется дороже.
Владислав Микшевич. Уральский геофизик, ХХ в.
Содержание
Введение.
1. Предисловие к теории управления. Процессы и сигналы. Типы сигналов. Кибернетический блок. Кибернетическая система.
2. Основные понятия теории управления. Управление и системы управления. Главные элементы процесса управления. Управляющее воздействие. Структурная схема системы управления. Цель управления. Блок управления. Основные задачи теории управления. Активные и пассивные системы. Субъекты и объекты управления. Операция управления. Методы управления. Управляющие параметры. Пространство состояний объекта управления.
3. Классификация систем управления. Принципы управления. Методы классификации систем. Классификация систем по свойствам в установившемся режиме. Классификация по характеру работы функциональных узлов. По степени использования информации. Классификация по типам управления. Классификация по алгоритмам функционирования.
4. Организационно-экономические системы управления. Производственно-экономические и организационные системы. Виды организаций. Функциональная структура организаций. Структура управления. Адаптивные организационные структуры. Функционирование управленческих структур. Управленческая ответственность. Схемы управления. Социометрические исследования.
|
|
|
Введение
Теория управления – это наука, разрабатывающая и изучающая методы и средства систем управления и закономерности, протекающих в них процессах. Предметом теории управления являются не только процессы материального производства, но и сферы деятельности человека: организационно-административное управление, проектирование и конструирование, информационное обслуживание, здравоохранение, научные исследования, образование, и многие другие. Теория управления как научное направление сложилась в ХХ веке на базе теории автоматического регулирования, которая начала интенсивно развиваться в 19 веке в связи с потребностью в регуляторах, поддерживающих устойчивый режим работы внедрявшихся паровых машин в промышленности и на транспорте.
Современная теория управления занимает одно из ведущих мест в технических науках и в то же время относится к одной из отраслей прикладной математики, тесно связанной с вычислительной техникой. Теория управления на базе математических моделей позволяет изучать динамические процессы в автоматических системах, устанавливать структуру и параметры составных частей системы для придания реальному процессу управления желаемых свойств и заданного качества. Она является фундаментом для специальных дисциплин, решающих проблемы автоматизации управления и контроля технологических процессов, проектирования следящих систем и регуляторов, автоматического мониторинга производства и окружающей среды, создания автоматов и робототехнических систем.
|
|
|
Основными задачами теории управления являются задачи анализа динамических свойств автоматических систем на модельном или физическом уровне, и задачи синтеза алгоритма управления, функциональной структуры автоматической системы, реализующей этот алгоритм, ее параметров и характеристик, удовлетворяющих требованиям качества и точности, а также задачи автоматического проектирования систем управления, создания и испытания автоматических систем.
Предметом настоящего краткого курса являются основы теории управления материальными объектами и технологическими процессами, принципы организации, функционирования и проектирования технических и информационных систем управления в материальном производстве. В современных условиях управление различного ряда технологическими и техническими процессами осуществляется, как правило, с использованием ЭВМ, получивших название управляющих вычислительных машин. Проектирование систем управления, имеющих в своем контуре ЭВМ, носит специфический характер и невозможно без знания принципов и методов теории управления.
|
|
|
Методы и средства систем управления в сфере деятельности человека приводятся только на уровне понятий для общей ориентировки.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ.
Процессы и сигналы. Динамическим процессом, или движением, называют развитие во времени некоторого процесса или явления – движение механизма, тепловое явление, экономические процессы. Процессы сопровождаются информационными сигналами – вторичными процессами, несущими информацию о рассматриваемом явлении.
Сигналы, как и порождающие их процессы, существуют вне зависимости от наличия измерителей или присутствия наблюдателя. При рассмотрении сигнала принято различать его информационное содержание о первичном процессе и физическую природу вторичного процесса - носителя информации. В зависимости от физической природы носителя выделяют акустические, оптические, электрические, электромагнитные, и пр. сигналы. Природа физического носителя может не совпадать с природой первичного процесса. Так, слиток металла может разогреваться электромагнитным излучением, а температура слитка регистрироваться по инфракрасному излучению.
|
|
|
В теории управления сигнал рассматривается с кибернетических позиций и отождествляется с количественной информацией об изменении физических переменных изучаемого процесса безотносительно к природе, как первичного процесса, так и носителя сигнала. При этом учитывается, что реальный сигнал может не содержать всей информации о развитии физического явления, равно как и содержать постороннюю информацию. На информационное содержание сигналов оказывают влияние способы их кодирования, шумы и эффекты квантования.
В зависимости от способа кодирования различают аналоговые и цифровые сигналы. Для аналоговых сигналов их значение (интенсивность какого-либо параметра физического носителя) пропорционально значениям изучаемой физической переменной. В цифровых сигналах информация представлена в виде чисел в определенной кодовой форме, например, в форме двоичных кодов. Вопрос адекватности сигнальной информации рассматриваемой физической переменной связан с понятиями идеального и реального сигнала.
|
, в то время как реальный сигнал 
содержит шумы измерения или помехи 
и отображается в виде: 
. С реальным сигналом связаны задачи идентификации (оценивания) динамических процессов по текущим измерениям , вопросы фильтрации, сглаживания и прогнозирования.
Типы сигналов. Информационное содержание сигнала зависит и от эффектов квантования. По характеру изменения во времени, процессы и сигналы подразделяются на: непрерывные и дискретные. К последним, в свою очередь, относятся процессы, квантованные по уровню, и процессы, квантованные по времени.
Рис. 1.1.1.
Развитие процесса непрерывного времени характеризуется переменной , принимающей произвольные значения из числовой области 
и определенной в любые моменты времени 
(рис. 1.1.1-а). К непрерывным процессам относятся непрерывное механическое движение, электрические и тепловые процессы, и т.п.
Развитие дискретного квантованного по уровню процесса характеризуется переменной , принимающей строго фиксированные значения и определенной в любые моменты времени (рис. 1.1.1-б). В практических случаях можно полагать 
, 
, где 
приращение, или дискрета. В тех случаях, когда число состояний 
достаточно велико или приращение 
мало, квантованием по уровню пренебрегают.
Рис. 1.1.2.
Развитие дискретного квантованного по времени процесса (процесса дискретного времени) характеризуется переменной , принимающей произвольные значения и определенной в фиксированные моменты времени 
, где (рис. 1.1.2-а). Как правило, квантование осуществляется с постоянным интервалом квантования 
, т.е. 
,
К дискретным процессам такого рода относятся процессы в цифровых вычислительных устройствах с тактовой частотой процессора 
, процессы в цифровых системах управления, где дискретность по времени обусловлена циклическим характером обработки информации ( 
время обновления информации на выходе управляющей ЭВМ). При достаточно малых интервалах 
дискретностью по времени пренебрегают, и квантованный по времени процесс относят к процессам непрерывного времени.
К дискретным относят также кусочно-постоянные процессы и сигналы, которые характеризуются переменной , изменяющейся в фиксированные моменты времени 
(рис. 1.1.2-б).
Кибернетический блок – это блок, для которого установлены причинно-следственные связи между входными и выходными сигналами. Выходной сигнал блока 
несет информацию о внутреннем процессе, причиной которого является входной сигнал 
. Использование блока не требует знания его устройства и физической природы происходящих в нем процессов («черный ящик»).
В зависимости от числа входных и выходных сигналов различают одноканальные блоки (один вход, один выход), и многоканальные с несколькими входными и выходными сигналами. Блоки, у которых отсутствуют входные сигналы, называются автономными. По типу сигналов различают непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные блоки.
Для описания кибернетического блока используется одна из форм аналитического описания связи входных и выходных сигналов – дифференциальные и разностные уравнения, автоматные алгоритмы и проч., т.е. выражения вида
, (1.1.1)
где 
функциональный оператор. Для простейших блоков такое описание может быть получено в виде алгебраического или трансцендентного уравнения:
, (1.1.2)
где 
функция.
Пример. Имеется электронагревательная печь, температура в которой 
регулируется нагревателем (рис. 1.1.3-а). Входным сигналом этого блока является напряжение нагревателя 
, а выходным – температура 
.
Рис. 1.1.3.
Связь выхода и входа описывается функциональным оператором (дифференциальным уравнением):
,
где 
постоянная времени. Если напряжение нагревателя постоянно, т.е. 
, и 
, то выходная переменная находится как (рис. 1.1.3)
.
В установившемся режиме, после окончания переходных процессов в печи (при 
), связь выходного и входного сигналов описывается простейшим алгебраическим уравнением вида (1.1.2), т.е.: 
, где 
коэффициент передачи на выходной результат входного воздействия (в данном случае – температура/вольт).
Аналогичные выражения для описания связей входных и выходных переменных получаются для электрической RC-цепи (рис. 1.1.3-б). Здесь 
выходное напряжение схемы, 
входное напряжение, 
и 
.
С понятием кибернетического блока связаны следующие задачи:
– идентификация – нахождение выражения (1.1.1), связывающего сигналы и ;
– управление – определение входного сигнала , обеспечивающего получение заданного выходного сигнала в предположении, что описание блока задано.
Кибернетическая система – это совокупность кибернетических блоков, связанных между собой информационными каналами. Связи между блоками носят сигнальный характер.
Для описания системы необходимо получить аналитические зависимости, описывающие каждый из блоков в отдельности, и связи между ними. После преобразований может быть получено общее (эквивалентное) описание системы как составного кибернетического блока с входным и выходным сигналом. В зависимости от числа входных и выходных сигналов различают одноканальные и многоканальные системы.
По типу сигналов и блоков в системе различают непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные системы, причем последние содержат как непрерывные, так и дискретные блоки.
Для кибернетической системы можно определить следующие задачи:
– анализ системы, т.е. определение связи между ее входом и выходом в виде алгебраического или дифференциального уравнения, а также нахождение показателей качества системы (быстродействия, точности и пр.);
– управление, или синтез системы, т.е. нахождение блоков и связей между ними, обеспечивающих получение заданной связи входных и выходных сигналов и показателей качества.
Наиболее распространенным типом дискретно-непрерывных систем являются цифровые системы, в состав которых входят цифровые вычислительные устройства – ЭВМ и цифровые контроллеры.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 76; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!