Основные понятия и определения теории автоматического управления

Основы теории автоматического управления

Автоматика – наука об общих принципах и методах построения автоматически действующих устройств и систем.

Автоматическое управление – совокупность воздействий на объект управления (без непосредственного участия человека) в соответствии с целью управления. Под объектом автоматического управления понимают машину или установку, требуемый режим работы которой поддерживается устройством управления. Объект управления (ОУ) вместе с присоединенным к нему устройством управления образует систему автоматического управления. Состояние ОУ характеризуется рядом величин. Величины, поддерживаемые постоянно или изменяемые по заданному закону называются управляемыми (регулируемыми). Факторы, влияющие на управляемую величину называются воздействиями, одни из них называются управляющими – они формируются устройством управления, другие, нежелательные – возмущениями или помехами. ОУ можно представить в виде Q- мерного пространства векторов: управляемых Y(t){y_1t, y_2t,…y_nt}, управляющих U(t) {u_1t, u_2t,…u_nt}, возмущающих Z(t){z_1t,z_2t,…z _nt}, зависящих от дискретного времени ∆τ . Указанные величины обычно функционального связаны, т.е. Y(t) = F (U, Z,t).

Z(t){z_1t,z_2t,…z_nt}

Y(t) {y_1t, y_2t,…y_nt}

U(t) {u_1t, u_2t,…u_nt}

Рис. 1. Условное изображение объекта управления

Автоматизация пищевых производств базируется на развитии систем двух видов. Первый – местные (локальные) системы автоматизации аппаратов, агрегатов, установок, механизмов, линий, обеспечивающие для части технологического процесса автоматический контроль и сигнализацию, автоматическое регулирование, автоматический пуск и остановку технологического оборудования, автоматическую защиту. Второй – многоуровневые системы, построенные по иерархическому принципу: производственный участок → цех → предприятие.

Автоматический контроль и сигнализация предназначены для выполнения непрерывного измерения, записи параметров, характеризующих состояние и работу технологического оборудования, формирования предупредительных сигналов при отклонении этих величин от допустимых пределов.

Автоматическое регулирование поддерживает постоянство или закономерное изменение регулируемых величин, обеспечивающих безопасность, надежность и эффективность работы технологического оборудования.

Автоматический пуск и остановка обеспечивают запуск в действие технологического оборудования по сигналу из пункта управления, но при наличии определенной совокупности внешних условий, с учетом последовательности операций и координации их между собой (открыть/закрыть клапан, включить/выключить транспортер и т.п.).

Автоматическая защита предохраняет действующее оборудование от аварий. К автоматической защите относятся и устройства блокировки, допускающие выполнение операции по включению в действие или по отключению элементов оборудования только в заданной последовательности.

В зависимости от степени участия оператора в процессе управления различают следующие режимы:

автоматическое управление – автоматический режим, при котором управление происходит без участия оператора, но по его заданию и при его контроле;

полуавтоматическое управление (автоматизированное) – полуавтоматический режим, при котором реализация основных командных операций по управлению возлагается на оператора;

ручное управление – ручной режим, при котором все операции по управлению осуществляются оператором.

В зависимости от места расположения командной аппаратуры управления в автоматизированном и ручном режимах может быть местным (аппаратура управления устанавливается непосредственно у оборудования) либо дистанционным. Местное управление необходимо для ввода системы в автоматический режим для проведения проверочных, наладочных и ремонтных работ. При этом блокировка и сигнализация, необходимые для защиты оборудования, должны действовать в местном режиме.

Системы управления относятся к кибернетическим системам, так как в основу их положен принцип переработки информации. Кибернетика – это наука, которая изучает общие законы управления в разных системах: технических, биологических, экономических на основе переработки информации. Техническая кибернетика изучает технические средства (роботы и другие технические устройства), способные заменить человека при управлении трудоемкими технологическими операциями. Автоматические и автоматизированные системы управления являются элементами технической кибернетики.

Связью в кибернетике являются процессы получения информации, ее хранения, переработки и передачи. Различают два вида связи: прямую и обратную.

Прямая связь – это связь, определяющая воздействие на объект управления, вид соединения элементов системы управления, при котором входное воздействие элемента А передается на вход какого-либо элемента Б.

		оо
	А

Рис. 2. Схема прямой связи

При управлении необходимо знать, как реагирует на управляющий сигнал объект управления, т.е. необходима обратная связь Б с А.

Обратная связь – связь, позволяющая осуществить выбор управляющего воздействия в зависимости от состояния системы

Рис. 3. Схема обратной связи

Элемент А связан каналами прямой и обратной связи с элементом Б. По каналу обратной связи элемент А получает информацию об изменениях, происходящих в элементе Б в результате влияния полученной от А информации (воздействия). Таким образом, с помощью обратной связи получают сведения о результатах управляющих и возмущающих воздействий на объект. Идеал обратной связи состоит в том, чтобы использовать сами отклонения системы (объекта) от определенного состояния для формирования управляющего воздействия. Сигналы, поступающие по каналам обратной связи, обеспечивают регулирования состояния объекта управления.

Теория автоматического управления изучает принципы построения систем автоматического управления, процессы и методы исследования процессов в этих системах.

Частным случаем системы автоматического управления являются системы автоматического регулирования (САР).