Завдання та види управління

У підручнику розглядаються основи автоматизації технологічних процесів та комплексів харчової промисловості. І хоча названі об'єкти значно відрізняються один від одного, можна визначити досить обмежену кількість класів завдань управління, основні серед яких такі:

1. Підтримання на заданому рівні технологічних параметрів або функцій від них (завдання стабілізації);

2. Змінювання технологічних параметрів за певною програмою чи у відповідності з виконанням деяких умов (програмно-логічне управління);

3. Компенсація збурень, серед яких виділяються фактори зов­нішнього середовища або зміна властивостей об'єкта. Тут існує кілька підкласів завдань. Передусім, це компенсація збурень, що діють на технологічні змінні об'єкти (його координати). Наступне завдання - компенсація небажаних змін властивостей об'єкта, що проявляється в процесі управління. Нарешті, для складних об'єктів і технологічних комплексів суттєвими є збурення, які викликають зміну структури об'єкта. Якщо зміни в самому об'єкті пов'язані зі зміною умов - тепло­та масообміну, то зміни в структурі часто спричинені відмовою в роботі окремих елементів, що є предметом вивчення теорії надійності;

4. Координація взаємодії елементів об'єкта. Це завдання набуває особливого значення для технологічних комплексів, коли функціонування окремих агрегатів неможливе без взаємного врахування умов роботи інших. Більше того, для забезпечення високих показників діяльності всього ТК необхідна взаємодія підсистем, що видно із рівнянь (1.1),(1.2).

Відповідно до зазначених завдань організують такі види управління:

- координатне, при якому за допомогою зміни вхідних величин (витрат матеріальних та енергетичних потоків) змінюють координати стану або обмежують області їх допустимих значень чи показників якості;

- параметричне, коли цілеспрямовано змінюють значення фізичних параметрів елементів об'єкта;

- структурне, при якому управлінням є цілеспрямована зміна складу елементів та (чи) зв'язків між ними і режимів функціонування.

При автоматизації складних об'єктів, особливо технологічних комплексів, названі види управління застосовують у різних поєднаннях. Вибір сфери їх використання становить одну з найважливіших проблем формування функціональної структури систем управління.

Пояснимо деякі основні положення теорії управління складними об'єктами - технологічними комплексами. Функціональна структура відображає основні функції системи, тобто сукупність функцій (операцій, дій), які забезпечують досягнення заданої мети функціонування системи. Тоді особливо важливим є те, що для організації й реалізації управління різними об'єктами існує порівняно невеликий набір функцій - типова функціональна структура.

Інформаційні функції призначені для вимірювання значень технологічних параметрів, збирання, сортування та розподілу даних про стан об'єкта.

Функції формування дій управління визначають значення останніх щодо забезпечення функціонування об'єкта на основі даних, одержаних при реалізації інформаційних функцій.

Функції реалізації дій управління перетворюють сигнали від функцій формування дій управління у фізичні дії на об'єкт.

Функції програмування (вибору) режимів управління формують значення сукупності технологічних змінних(технологічні режими) за сигналами, одержаними ззовні, наприклад, від системи вищого рівня або від розв'язання завдань оптимізації підсистем ТК і координації їх роботи. Наведені функції є типовими для всіх видів управління (координатного, параметричного, структурного), а обсяг операцій та їх зміст повністю визначається властивостями і структурою об'єкта. Сукупність названих функцій утворює контур управління (регулювання).

Для структурного управління першочергового значення набувають й інші функції. Функція технологічного діагностування - це інформаційна функція контурів структурного управління, яка об'єднує такі операції: контроль змін технічного стану; пошук місця цих змін, оцінка глибини (обсягу) змін стану об'єкта діагностування. Для компенсації збурень у контурах структурного управління використовуються такі функції:

- реконфігурації структури об'єкта, що в результаті забезпечує вибір найкращого варіанта структури об'єкта, встановлення необхідних зв'язків і режимів функціонування окремих елементів;

- аварійного захисту, до якого входять операції оцінки відмов (простих чи аварійних) та локалізація їх впливу на працюючі елементи, а також переведення об'єкта за допомогою реконфігурації його структури в один із необхідних станів - працюючий або з простими відмовами;

- управління резервами, тобто підключення при необхідності резервних елементів і контроль результатів цих підключень;

- технологічного обслуговування та ремонту: для визначення обсягу і змісту відновних робіт, встановлення нових режимів функціонування за цей період, виконання самого обслуговування та ремонту, а також контролю якості відновних робіт.

Відзначимо ще один принципово важливий момент: структурне управління набуває все більшого значення при впровадженні програмно-технічних комплексів, тому що воно стосується і програмних засобів, які в ряді випадків відіграють вирішальну роль. Є ще одна важлива особливість: структури контурів координатного та параметричного управління близькі між собою за методами компенсації збурень, а обидва ці контури разом з об'єктом автоматизації становлять об'єкт для контурів структурного управління. Вибір варіанта функціональних структур визначається двома факторами: видом мети (завдання) управління і способом компенсації збурень. Для координатного та параметричного управлінь важливими є класи систем, які детально описано у третьому розділі.

Системи стабілізації повинні забезпечувати "близькість" поточного значення координат (параметрів) до їх заданого значення та оцінку точності такого наближення.

У системах програмного управління "близькість" поточного значення оцінюється при зміні завдання (програми). В системах стабілізації й програмного управління задані значення координат відомі, але у першому випадку вони постійні на тривалих інтервалах часу, в другому - змінюються за програмою.

У системах слідкуючого управління задані (потрібні) значення координат є випадковими величинами, а саме завдання - функцією довільного виду, яка наперед відома.

Системи екстремального управління повинні забезпечувати пошук та утримання такого режиму роботи об'єкта, який відповідає екстремуму його статичної характеристики, наприклад, максимальному тепловиділенню для теплогенераторів.

Системи оптимального управління забезпечують найкращий режим роботи об'єкта в існуючих умовах (при певних ресурсах і обмеженнях), що оцінюється кількісно за допомогою комплексного показника якості (критерію оптимальності).

У реальних системах виникає потреба в компенсації всіх трьох видів збурень: координатних, параметричних, структурних. У багатьох випадках компенсація одного із збурень зумовлює повну чи часткову компенсацію інших. Для компенсації збурень використовуються різні функціональні структури. При безпосередньому вимірюванні збурень

можна так організувати додатковий контур у системі, що її вихідна величина не буде взагалі відчувати дію збурень (інваріантні системи). В системах управління найчастіше організовують контур по відхиленню, коли сигнал управління формується згідно з величиною відхилення регульованих координат від їх заданих значень. При необхідності поліпшення якості управління і відповідно до конкретних властивостей об'єкта застосовуються комбіновані системи. Детально їх розглядають у третьому розділі, а тут наводяться лише дані для загального уявлення про класи систем, види та завдання управління.

Окремий клас становлять адаптивні системи, які для об'єктів харчової промисловості мають першочергове значення. Як уже згадувалося вище, в процесі експлуатації значно змінюються властивості об'єктів (умови тепло - та масообміну, константи хімічних реакцій тощо). Це так звані параметричні (внутрішні) збурення, тоді як на об'єкт діють численні зовнішні збурення. Тому системи управління слід наділити властивостями адаптації (пристосування), що можна здійснити різними шляхами: зміною структури, параметрів настроювання або одним і другим одночасно.

При значно змінюваних характеристиках об'єкта й зовнішнього середовища застосовуються системи із самонастроюванням (рос - самонастраивающиеся). В цих системах у контурі управління використовуються математичні моделі об'єкта (еталонні або одержувані в процесі роботи).Тому з'являється можливість постійно враховувати еволюцію об'єкта, зміни в зовнішньому середовищі й оперативно реагувати на них. У цьому класі систем розглядаються також системи зі змінною структурою, коли під час роботи автоматично підключаються (комутуються) різні елементи системи, які потрібні в різних ситуаціях роботи. Наголосимо ще раз, що сучасна теорія і практика автоматизації виробництва мають у своєму розпорядженні широкий набір методів та способів управління складними об'єктами, а їх реалізація за допомогою

сучасних технічних засобів уперше надає широкі можливості щодо значного розширення функцій систем і створення ефективного комп'ютерно-інтегрованого виробництва. Нині активно розвиваються також методи ситуаційного управління й експертні системи, на основі яких розробляються підсистеми інтелектуальної підтримки прийняття рішень в умовах невизначеності. [1. ст.3-16]

Контрольні питання до розділу 1

1. Дайте визначення терміну "система управління".

2. Охарактеризуйте процес функціонування системи управління.

3. В чому особливості автоматизації технологічних комплексів?

4. Назвіть основні ознаки та особливості технологічних комплексів з

точки зору завдань управління ними.

5. Наведіть та дайте тлумачення основних термінів і визначень: автоматизація виробництва, автоматичні та автоматизовані системи,

автоматичні системи регулювання, структура системи, об'єкт і його вхідні та вихідні змінні тощо.

6. Охарактеризуйте основні завдання управління.

7. В чому особливості координатного, параметричного та структурного управління?

8. Назвіть основні функції системи управління складним об'єктом (технологічним комплексом).

Дата добавления: 2014-01-07