Основные понятия и определения.

1.1.Сущность проблемы автоматического управления.

Целенаправленные процессы, выполняемые человеком, представляют собой организованную совокупность действий – операций, которые делят на два класса: рабочие операции и операции управления. К рабочим операциям относят действия, непосредственно необходимые для выполнения процесса.

Для правильного и высококачественного выполнения рабочих операций их необходимо направлять действиями другого рода – операциями управления, которые обеспечивают в нужные моменты времени начало, порядок следования и прекращения отдельных операций, обеспечивают выделение необходимых для их выполнения ресурсов, задают нужные параметры самому процессу: направление, скорость, ускорение рабочего инструмента, температуру, концентрацию в химическом процессе и т.д. Совокупность управляющих операций образуют процесс управления.

Замену труда человека в операциях управления называют автоматизацией, а технические устройства, выполняющие операции управления, - автоматическими устройствами.

Совокупность технических средств – машин, орудий труда, механизмов выполняющих какой либо процесс, - с точки зрения управления, является объектом управления. Совокупность средств управления и объекта образуют систему управления.

Систему, в которой все рабочие и управляющие операции выполняют автоматические устройства, называют автоматической системой. Систему, в которой автоматизирована только часть операций, называют автоматизированной системой.

Всякий технический процесс характеризуется совокупностью физических величин, называемых показателями, координатами, а иногда параметрами процесса.

Необходимость в управлении значениями координат возникает в том случае, когда нормальный ход процесса нарушается из-за различного рода возмущений, т.е. колебаний нагрузки, воздействий внешней среды или внутренних помех.

В схеме, изображенной на рис.1.1, объект управления представлен прямоугольником, а управляемые координаты, или, как их часто называют, выходные величины объекта – стрелками Y_1,…Y_n. На схеме также показаны управляющие воздействия X={X_1…X_n} и возмущающие факторы Z={Z₁…Z_n}.

Z₁ Z₂ Z₃

 

 

X₁ Y₁

X₂ Y₂

X_n Y_n

 

рис.1.1

Величины X,Y,Z в зависимости от природы объекта связаны различными математическими зависимостями. В общем виде:

 

Y=A(X, Z) (1.1)

 

где A-оператор, определяющий вид зависимости.

В простейшем случае, когда эта функциональная зависимость

 

Y=F(X,Z) (1.2)

 

объект называют статическим или безинерционным, а зависимость (1.2) статической характеристикой объекта.

Если объект обладает инерцией, то изменения координат под воздействием возмущений (Z) или управлений (X) происходит не мгновенно и в этом случае объект называют динамическим. Величины X,Y и Z в динамических объектах связаны дифференциальными, интегральными или разностными уравнениями.

Изменения координат в нормальном требуемом ходе процесса определяются совокупностью правил, предписаний или математических зависимостей, называемой алгоритмом функционирования системы.

Алгоритм управления будет зависеть как от алгоритма функционирования, так и от динамических свойств системы.