Принципы и автоматизация управления

X E

Y U

Y U

ОС

U Вы ходные параметры Y

Рис. 1.1. Структура управления (а), входы и выходы объекта управления (б)

К сложным относят объекты, имеющие большое число выходных параметров и сложные взаимосвязи с входами. Описание работы объекта (модель) обычно представляется в виде состояний (режимов), в которых он может находиться, задаваемых совокупностью ограничений на значения выходных параметров типа Y* < Y < Y**. Если объект сложен, то применяется принцип декомпозиции, т. е. расчленения его по определенному признаку — структурному, функциональному на более простые объекты, объединенные функциональными и управляющими связями. Так, например, дистанция электроснабжения как сложный объект управления представляется совокупностью более простых объектов — тяговых подстанций, линий электропередачи, трансформаторов.

Управляющим органом являются человек или (и) технические устройства управления и регулирования, воздействующие на объект управления в соответствии с заданной целью и изменяющие его состояние в требуемом направлении. Управляющий орган перерабатывает информацию и выдает управляющие воздействия на объект управления. Информация, поступающая и выходящая из управляющего органа, называется входной и выходной внешней информацией, а информация, циркулирующая внутри управляющего органа, — внутренней. Информация перерабатывается по алгоритму, представляющему собой последовательное выполнение совокупности правил переработки информации, обеспечивающих достижение поставленной цели управления.

Для того чтобы понять сущность управления, рассмотрим процесс управления уровнем напряжения на шинах тяговых подстанций. Энергодиспетчер (управляющий орган), имея цель (поддержание заданного качества электроэнергии), наблюдает за уровнем напряжения (объект управления) и принимает решение, надо ли его изменять и, если необходимо, то как и насколько его увеличить или уменьшить. В этом процессе можно выделить следующие основные этапы. Сначала надо выделить информацию о фактическом уровне напряжения и окружающей среде, например, о нагрузке потребителей, что достигается с помощью контрольно-измерительных приборов, датчиков. Затем ее следует передать энергодиспетчеру. Если расстояние между ними и подстанцией велико, то для передачи информации используют специальные технические устройства, называемые устройствами телемеханики. Далее необходимо проанализировать полученную информацию, т. е. переработать информацию по алгоритму, реализующему цель управления, и на этой основе принять решение о необходимых управляющих воздействиях. Если переработка информации простейшая, то энергодиспетчер осуществляет ее самостоятельно. При больших объемах информации, например, если необходимо координированное управление уровнем напряжения в пределах дистанции электроснабжения, эта переработка может занять значительное время, снижающее эффективность управления. В этом случае могут применяться специальные устройства управления, в том числе средства вычислительной техники. Решение, полученное после переработки информации (управляющее воздействие), вновь надо передать для исполнения на механизмы, изменяющие уровень напряжения, где информация используется.

Процесс управления может выполняться непрерывно или дискретно. Если в нем исключить хотя бы один из этапов, то управление станет невозможным.

Рассмотренный пример показывает, что процесс управления состоит из пяти этапов: выделения, передачи, переработки, передачи и использования информации и протекает в определенной последовательности (рис. 1.2) по замкнутому контуру, называемому контуром управления, в котором циркулирует информация, а не сырье и энергия, как это имеет место в других машинах и механизмах.

Управление может быть непрерывное или дискретное.

Поток информации от управляющего органа к объекту — управляющие воздействия (команды и т. п.) — представляет прямую связь, а обратный поток — информация о состоянии объекта—обратную связь. Управление является замкнутым,если имеется прямая и обратная связь между управляющим органом и объектом управления, и разомкнутым,если используется одна связь.

При наличии только прямой связи управление может осуществляться по заранее составленной программе — программное управление; если же имеет только обратная связь, то можно только контролировать состояние объекта.

Оптимальное управление заключается в выборе наилучших по некоторому критерию эффективности управляющих воздействий из множества возможных в соответствии с заданной целью управления и на основе информации об объекте и окружающей среде.

Таким образом, для организации управления надо иметь цель управления, датчики информации об объекте управления и окружающей среде, управляющий орган для переработки информации и алгоритм (программу) ее переработки, средства для передачи информации, исполнительные устройства, изменяющие состояние объекта.

Цель Z,Алгоритм φ

Рис.1.2. Этапы процесса управления.

Принципы управления. По видам информации, используемой для формирования управляющего воздействия на объект, можно выделить следующие принципы управления: по следствию, по причине, комбинированный и прогнозирующий.

При управлении по следствию (по отклонению) (рис. 1.3, а) управляющий орган УО реагирует на отклонение состояния объекта ОУ от заданного, т. е. на следствие, а не на причину, вызвавшую это отклонение. При этом он должен сравнивать текущее значение выходных величин у (/) с заданным значением у* (t) и управлять объектом в зависимости от результатов этого сравнения. Информация об окружающей среде не используется. Управление по этому принципу является замкнутым, т. е. необходима прямая и обратная связь. Примером использования данного принципа является рассмотренное ранее управление уровнем напряжения. Управление по следствию позволяет изменять по заданному закону выходные параметры объекта с большой точностью независимо от причины, вызвавшей отклонение.

При управлении по причине информация об объекте управления не измеряется и не используется. Управляющее воздействие вырабатывается только на основе информации о возмущающих воздействиях на объект

управления (управление по возмущению). Управление разомкнутое, обратная связь отсутствует. При этом возможны два варианта формирования управляющих воздействий: на основе информации о возмущающих воздействиях окружающей среды — принцип компенсации (рис. 1.3, б) и на основе информации, задаваемой целью управления в виде программы, — принцип программного управления (рис. 1.3, в). В обоих случаях управляющий орган реагирует на причину, вызывающую или требующую изменениесостояния объекта.

Согласно принципу компенсации управляющее воздействие должно поддерживать (стабилизировать) состояние объекта, полностью или частично компенсируя возмущающее воздействие окружающей среды.

Принцип программного управления применим при условии, что поведение объекта управления заранее строго известно, т. е. его состояние почти или совсем не подвержено влиянию окружающей среды. Управление осуществляется на основе информации, хранящейся в памяти управляющего органа или задаваемой извне. Принцип программного управления применяется при управлении станками, переключении электротехнических объектов.

Комбинированное управление (рис. 1.3, г) представляет собой объединение рассмотренных выше принципов управления. При этом управляющий орган должен иметь информацию как о возмущающих воздействиях, так и о состоянии объекта.

При прогнозирующем управлении измеряется информация о выходных параметрах

а)

в)

Х Е Х Е

УООУУООУ

Обратная связь

г)

б)

Дата добавления: 2015-04-29