Суть автоматичного керування

Будь-яка діяльність людини являє собою організовану сукупність дій або операцій, які можна розділити на два класи: робочі операції та операції керування. До робочих операцій належать дії, безпосередньо необхідні для виконання процесу, а операції керування забезпечують правильне та якісне виконання робочих операцій: визначають їх початок і кінець, задають потрібні параметри процесу (швидкість, прискорення робочого інструменту, температуру, напрям і т.д.). Сукупність керуючих операцій утворює процес керування.

Операції керування та робочі операції можуть виконуватися технічними пристроями. Заміну праці людини в робочих операціях називають механізацією. Її мета – вивільнення людини від важких, одноманітних, шкідливих, стомлюючих операцій. Заміну праці людини в операціях керування називають автоматизацією, а технічні пристрої, що виконують операції керування, - автоматичними пристроями.

Під автоматикою розуміють сферу науки й техніки, яка займається розробкою теоретичних методів і технічних засобів (елементів і систем), що забезпечують розв'язання завдань дослідження, виготовлення й експлуатації окремих установок і технологічних комплексів на основі їх автоматизації.

Сукупність технічних засобів, що виконують процес і вимагають для цього спеціально організованих дій, називають об’єктом керування (ОК).

Сукупність засобів керування та об’єкта створює систему керування.

Система, в якій всі робочі операції та операції керування виконують автоматичні пристрої, називається автоматичною.

Система, в якій автоматизована тільки частина операцій, а інша частина зберігається за людиною, називається автоматизованою.

Отже, система автоматичного керування складається з об’єкта керування і керуючого пристрою (КП) (рис. 1.5).

У схемі використані позначення:

x(t)- задавальний вплив;

u(t)- керуючий вплив, за допомогою якого виконується безпосереднє керування об’єктом;

y(t) - вихідна координата, яка характеризує стан об’єкта;

z(t) - збурення, яке заважає нормальному перебігу процесу керування.

Можна сказати, що для організації процесу керування необхідно так формувати керуючий вплив u(t), аби він, компенсуючи збурення z(t), забезпечував би бажану зміну вихідної координати y(t).

Тут випливає таке поняття, як «алгоритм»

Алгоритм – упорядкована сукупність правил, точне виконання яких приводить до потрібного кінцевого результату.

Алгоритм, це одне із основних понять математики і кібернетики. Поняття алгоритм було введене узбецьким вченим 9-го століття Аль-Хорезмі і визначало порядок розвязання певного класу математичних задач. В сучасному понятті під алгоритмом розуміємо записаний певною мовою, або визначений певним чином, порядок виконання дій, що веде до вирішення поставленого завдання. В кібернетиці та теорії керування алгоритм, як правило, визначає порядок роботи з інформацією.

Зміна вихідної координати y(t) у нормальному, бажаному ході процесу визначається сукупністю правил, указівок або математичних залежностей, яка називається алгоритмом функціонування системи. Цей алгоритм показує мету керування, бажану зміну вихідної координати.

Формування керуючого впливу u(t) виконується на основі алгоритму керування - сукупності вказівок, що визначають характер дії на об’єкт з метою виконання ним алгоритму функціонування. Алгоритм керування залежить як від алгоритму функціонування, так і від динамічних властивостей системи.

Основні переваги автоматизації полягають у можливостях забезпечити:

• зростання продуктивності та поліпшення умов праці;

• виконання робіт у важкодоступних чи взагалі недоступних для людини сферах (радіоактивні зони, космос, окремі види металургійного та гірничого виробництва);

• підвищення точності, якості технологічних процесів і відповідних виробів;

• зростання надійності та техніко-економічних показників і загальної культури виробництва та кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Автоматизація ефективно застосовується на сучасному етапі розвитку людства для досягнення зростання показників ресурсо- та енергозбереження, поліпшення екології довкілля, якості та надійності продукції.

Автоматизація виробництва здійснюється за допомогою автоматичних пристроїв, які можна класифікувати за різними ознаками (при цьому під «пристроєм» розуміють закінчену конструкцію, яка може діяти самостійно).

Майже вся сучасна техніка працює автоматично або має автоматичні режими роботи. Це електростанції, турбіни, телевізори, холодильники та ряд інших систем, чи машин. Засоби автоматики прийнято поділяти на:

Засоби автоматики й телемеханіки.

Системи автоматичного керування (САК).

Автоматизовані системи керування (АСУ).

Засоби автоматики та телемеханіки - це, як правило, найбільш прості пристрої: автоматичні вимикачі, реле, реле-регулятори та ін. Принципи їх роботи вивчає наукова дисципліна «Автоматика та телемеханіка».

Системи автоматичного керування - це сукупність пристроїв автоматики та об’єктів керування. Динаміку роботи цих систем вивчає теорія автоматичного керування.

Автоматизовані системи керування – це людино-машинні системи, призначені для керування великими комплексами, підприємствами. Це системи, що включають сучасну обчислювальну техніку, яку обслуговують і роботою яких керують люди

1.3. Предмет і задачі курсу ТАК. Основні поняття і визначення

Теорія автоматичного керування вивчає процеси керування на найбільш загальному, абстрактному рівні. Вона вивчає загальні закони керування незалежно від природи конкретної системи. Тому у ній абстрагуються від конкретної фізичної природи системи і діючих в ній величин і розглядають тільки їх значення. Під час абстрагування поняття фізичної величини заміняють поняттям сигнал, розуміючи під сигналом інформацію про значення конкретної величини.

Під поняттям величина (вхідна, вихідна, збурююча величина і т.п.) розуміють конкретну фізичну величину, яка діє на систему з врахуванням її фізичної природи. Наприклад температура, напруга, швидкість обертання, світловий потік, і т.п. Поняття величина використовують у випадках коли пояснюють роботу конкретної реально існуючої системи керування.

Поняттям сигнал використовують під час теоретичного вивчення закономірностей роботи систем керування, вивчення принципів керування, законів керування. В даному випадку не має значення фізична сутність величини, а відіграє роль тільки її значення. Під поняттям сигнал (вхідний сигнал, задаючий сигнал, збурюючий сигнал, вихідний сигнал і т.п.) розуміють інформацію про значення величини (вхідної, задаючої, збурюючої), без урахування її конкретної фізичної природи.

У випадку, коли йде мова про конкретну систему, коли результати теорії потрібно використати для опису роботи певної технічної системи, тоді поняття сигнал міняють конкретною фізичною величиною, як наприклад напругою, силою, положенням ручки регулятора тощо.

Слід зауважити, що існує два поняття - керування і регулювання. Відповідно до цього розрізняють теорію керування та теорію регулювання. Керування – це більш загальне поняття охоплює значно ширше коло задач. Теорія автоматичного регулювання займається питаннями регулювання режимів роботи систем. Закони ТАК - це, переважно, закони регулювання. Тому раніше розділяли наукові дисципліни і виділяли теорію автоматичного регулювання як окрему наукову дисципліну. Термін "теорія регулювання" дещо точніший, більш точно визначає предмет вивчення. Але керування - більш загальне поняття в останній час цей термін є більш вживаним і ним ми будемо тут користуватися.

Метою вивчення курсу ТАК є:

· освоєння принципів побудови різних типів систем автоматичного керування (САК);

· вивчення властивостей і особливостей лінійних, нелінійних і дискретних САК;

· вивчення методів аналізу стійкості та якості перехідних процесів;

· вивчення методів синтезу коректувальних пристроїв з метою отримання заданих властивостей САК.

ТАК дає методи вирішення задач двох типів:

· задач аналізу роботи САК, коли за відомими характеристиками окремих елементів визначаються загальні характеристики системи і проводиться аналіз її робочого процесу;

· задач синтезу, коли за вимогами, які пред’являються до системи, визначається структура САК і її окремі елементи.

Іншими словами, вивчення курсу ТАК дозволяє навчитися:

· розуміти, що таке САК, з яких елементів вона складається і які задачі вирішує;

· аналізувати цю систему з точки зору стійкості її роботи та якості вирішення поставленої задачі;

· коректувати САК за допомогою спеціальних пристроїв так, щоб вона відповідала висунутим вимогам.

Дата добавления: 2014-12-25