ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ.
Управление и системы управления. Центральными в теории управления являются понятая управления и системы управления.
Управление – это такая организация того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей. Это целенаправленное воздействие на управляемый объект (процесс), приводящее к заданному изменению его состояния или удержанию в заданном состоянии. Управление должно обеспечивать целевое протекание технологических процессов преобразования энергии, вещества и информации, поддержание оптимальной работоспособности и безаварийности функционирования объекта путем сбора и обработки информации о состоянии объекта и внешней среды, выработки решений о воздействии на объект и их исполнении. Процесс управления подразумевает наличие умения и способности создавать целенаправленное воздействие на объект.
Алгоритм управления – это инструкция о том, как добиваться поставленных задач (целей) управления в различных ситуациях.
Система управления – это множество взаимосвязанных элементов, участвующих в процессе управления.
Пусть состояние объекта управления описывается переменной 
, где 
множество возможных состояний объекта. Значение 
зависит от управляющих воздействий на объект 
и возмущающих (дестабилизирующих) воздействий 
, при этом 
, где 
функция реакции объекта на управляющие и возмущающие воздействия. Предположим, что на множестве 
задан функционал 
, определяющий эффективность работы системы. Величина 
называется эффективностью управления. Задача управляющего органа заключается в выборе такого воздействия 
, которое максимизировало бы значение его эффективности.
|
|
|
В простейшем случае, когда управление задается обычной функциональной зависимостью 
, объект называют статическим, а зависимость или ее графическое изображение – статической характеристикой объекта. Если объект обладает инерцией, то изменение координат под воздействием возмущений 
или управлений 
происходит не мгновенно, и в этом случае объект называют динамическим. Величины 
в динамических объектах связаны дифференциальными, интегральными или разностными уравнениями.
Главные элементы процесса управления можно выделить на основе анализа приведенного выше примера с электронагревательной печью.
1. Получение информации о задачах управления – задание температуры, которая должна поддерживаться в печи.
2. Получение информации о результатах управления - измерение температуры в печи.
3. Анализ полученной информации и выработка решения – сравнение фактической температуры в печи с заданной и выработка сигнала управления нагревателем.
|
|
|
4. Исполнение решения - т. е. осуществление управляющих воздействий на нагреватель печи (включение или выключение нагревателя в дискретном варианте управления, или соответствующее изменение тока через нагреватель в непрерывном варианте).
В соответствии с этим для организации процесса управления необходимо иметь источники информации о задачах управления и результатах управления, устройство для анализа полученной информации и выработки решения, и исполнительное устройство, осуществляющие управление объектом.
Управляющее воздействие. В организации управления решающую роль играет получение информации о результатах управления. Текущее управляющее воздействие формируется на основе оценки результатов от предшествующих воздействий. Принцип управления с использованием информации о результатах управления называется принципом обратной связи или управлением по замкнутому циклу.
Однако в некоторых случаях принцип обратной связи использовать не удается из-за практической невозможности получить информацию о результатах управления. Так, например, в ряде случаев заранее известен требуемый закон изменения состояния объекта управления, например, от времени. В таком случае с учетом этого закона можно задать соответствующий закон изменения управляющего воздействия на объект управления. Такое управление называется программным или управлением по разомкнутому циклу.
|
|
|
Если управление выполняются устройствами без непосредственного участия человека, то система управления называется автоматической. Пример системы – управление самолетом в режиме автопилота. Если задачей управления является обеспечение некоторой постоянной физической величины, то такой вид управления называется регулированием, а устройство, реализующее управление, называют регулятором. Если решения об управляющих воздействиях принимаются людьми, а автоматическое устройство используется только для сбора, обработки и представления информации и для сравнительного анализа возможных вариантов решения, то система управления называется автоматизированной.
Структурная схема системы управления в самой общей форме показана на рис. 1.2.1.
Рис. 1.2.1.
В основе любой системы управления лежит объект управления (ОУ) –управляемый объект или управляемый процесс. Он представляет собой объект или систему произвольной природы, которая изменяет свое состояние – под влиянием внешних воздействий: управляющихи возмущающих. Различают следующие типы управляемых объектов:
|
|
|
– природные (естественные) – процессы в живых организмах, экологических и экономических системах;
– технические – механизмы (роботы, станки, транспортные системы), оптические системы, термодинамические, химические и любые другие производственные процессы.
Состояния объекта характеризуется количественными величинами – переменными состояния или координатами, изменяющимися во времени. В естественных процессах это могут быть плотность или содержание определенного вещества в организме или среде обитания, объем выпускаемой продукции, курс ценных бумаг и т.д. Для технических объектов – механические перемещения и их скорости, электрические переменные, концентрации веществ, и любые другие физические величины и параметры состояния объектов.
Изменение состояния объектов управления происходит в результате воздействия на объекты внешних факторов, среди которых выделяют:
– управляющие (целенаправленные) воздействия, реализующие программу управления;
– возмущающие (дестабилизирующие) воздействия, препятствующие желаемому протеканию управляемого процесса, вызывающие нежелательное изменение его состояния.
Цель управления – изменение состояния объекта в соответствии с определенной заданной программой (законом). Для достижения объектом цели управления организуется специальное внешнее воздействие, которое формируется управляющим устройством(блоком управления) по известному алгоритму или закону управления на основе сигналов задающего воздействия (задания) и воздействия обратной связи. Совокупность указанных элементов, связей и отношений междуэлементами системы управленияобразуетструктуру системы управления.
Возмущающие воздействия обычно вызваны внешними причинами, внешним окружением объекта или внешней средой. Наличие возмущений приводит к тому, что реальное состояние объекта всегда отличается от заданного. Величина этого различия зависит от эффективности работы системы управления, от взаимодействия элементов системы в ходе выполнения задания, и оценивается показателями качества управления.
Физически управление объектом реализуется с помощью блоков управления и блоков контроля. Блок контроля – это комплекс средств оценивания состояния управляемого процесса и/или внешней среды. К таким средствам относятся органы чувств живых организмов, статистические службы экономических систем, технические измерительные устройства (датчики), соответствующие вычислительные средства (природные или технические), обеспечивающие первичную обработку полученной информации.
Комплекс элементов оценивания состояния объекта называется системой контроля. Она может быть, как самостоятельной системой, так и входить в состав системы управления. Оценка состояния используется для управления объектом по цепи обратных связей и реализации принципа замкнутого управления.
Блок управления вырабатывает управляющее воздействие на объект с учетом задания и информации о текущем состоянии объекта. К блокам управления можно отнести:
– нейронные системы живых организмов;
– природные регулирующие факторы;
– искусственные средства, как технические (механические, электрические, ЭВМ и нейронные процессоры), так и человеческие (операторы, организаторы).
В зависимости от природы можно выделить биологические, экологические, экономические и технические системы управления. В качестве примеров технических систем можно привести автоматы дискретного действия (торговые, игровые), системы стабилизации (звука, изображения, напряжения), системы управления движением рабочих механизмов (станков, транспортных средств), автопилоты, навигационные системы, и т.п.
Основными задачами теории управления являются задачи анализадинамических свойств систем управления на модельном или физическом уровне, и задачи синтеза – определение алгоритма управления и реализация на основе этого алгоритма функциональной структуры системы управления, удовлетворяющей требованиям качества и точности.
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 127; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!