Основы теории автоматического управления

7.1 Основные понятия и определения

Объекты, в которых протекают рабочие процессы, если они самостоятельно не обеспечивают нормального хода процесса, требуют управления ими. Управление — целенаправленная организация соответствующего процесса. Управляемые объекты (УО) –устройства, технологические машины, транспортные средства, производственные участки, депо, заводы, энергетические системы, осуществляющее технический процесс, нуждающийся в организованных воздействиях извне для точного выполнения его алгоритма функционирования. Алгоритмом функционирования называют совокупность предписаний, ведущих к правильному выполнению указанного технического процесса. Управляемый объект содержит управляющий орган, через который производится управление процессом. Это управление характеризуется соответствующим алгоритмом. Алгоритмом управления называется совокупность предписаний, определяющая характер воздействий на управляющий орган с целью выполнения заданного алгоритма функционирования. Если воздействие на управляющий орган осуществляет человек, то такое управление называется ручным.

В процессе управления человек получает информацию о задаче управления x_з и результате управления х_к. Затем он производит анализ полученной информации (например, сравнение x_з и х_к) и осуществляет управляющее воздействие х_у, если их значения не совпадают. Следовательно, для перехода к автоматическому управлению, предполагающему замену человека, необходимо, кроме источника информации о задачах управления и источника информации о результатах управления, предусмотреть устройства анализа получаемой информации, устройства преобразования и исполнительные устройства, воздействующие на управляющий орган.

Автоматическим управляющим устройством называется устройство, осуществляющее воздействие на УО, соответствующее алгоритму управления. Совокупность УО и АУУ и представляет собой автоматическую систему. В этой системе имеются входы — части системы, на которые подается внешнее воздействие; выходы — части системы, которые в соответствии с алгоритмом функционирования воздействуют на внутренние. Кроме того, следует различать: внешнее воздействие — воздействие внешней среды на автоматическую систему; внутреннее воздействие — воздействие одной части автоматической системы на другую; цепь воздействий — путь передачи воздействий; входное воздействие — воздействие, подаваемое на вход, выходное воздействие — воздействие, выдаваемое на выходе (x_вых), управляющее воздействие — воздействие управляющего устройства на управляемый объект (Ху); контрольное воздействие — воздействие управляемого объекта на управляющее устройство (x_к); управляемую величину — величину, характеризующую планируемую составляющую выходного воздействия; предписанное значение — значение управляемой величины, предписанное алгоритмом функционирования; действительное значение — значение управляемой величины, соответствующее фактическому состоянию управляемого объекта; задающую величину — величину, характеризующую планируемое входное воздействие на входе; несущую величину — физическую величину, посредством которой передается воздействие (напряжение, давление газа, температура воздуха и т. п.); представляющий параметр — количественный показатель несущей величины (амплитуда, частота, фаза); сигнал — обусловленное (заранее договоренное) состояние или изменение состояния представляющего параметра, отображающее информацию, которая содержится в воздействии (х_вх(t), х_вых(t) и т.п.).

Входные воздействия зачастую целесообразно представлять в виде полезных сигналов и помех. Первые, если возможно, стараются описать какой-либо детерминированной функцией, наиболее близко отражающей реальное входное воздействие. При этом также преследуется цель сравнения реакций систем на однотипные возмущения.

Системы управления, в которых решения об управляющих воздействия принимает человек, а автоматические устройства используются для сбора, обработки и предоставления информации о задачах и результатов управления, называются автоматизированной системой управления.

В автоматизированном производстве оператор выполняет наладку, ремонт оборудования, контролирует его работу и выполнение технологического процесса.