![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Введение. Слово «автоматизация» происходит от греческого «автоматом» что означает «самодумающая (машина)»Стр 1 из 41Следующая ⇒
Слово «автоматизация» происходит от греческого «автоматом» что означает «самодумающая (машина)» Автоматизация – это применение технических средств, математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использование энергии, материалов или информации. Автоматизируются: 1. Технологические, энергетические, транспортные и другие производственные процессы; 2. Проектирование сложных объектов, агрегатов, судов, промышленных сооружений и пр.; 3. Организация и управление в рамках различных организационных структур(цех, завод, отрасль и т.д.); 4. Научно-исследовательские работы, медицинское и техническое диагностирование и многое другое. Мы остановимся с вами на рассмотрении в основном пункта 1. Цель автоматизации – повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, оптимизация управления, облегчение человеческого труда и пр.(американский математик связи с животным и машинным…) Управление -процесс организации целенаправленного воздействия на объект, в результате которого объект приходит в требуемое(задаваемое, целевое) состояние. Объект управления - часть окружающего мира, состояние которой нас интересует и на которую мы можем воздействовать целенаправленно, т.е. управлять ею (управляемая часть системы любой природы)например любой технологический процесс является объектом управления.
Пример: автомобиль - вход: состояние дорожного покрытия, атмосферы, освещенности, водитель рулевое управление и т.д. - выход: скорость движения, давление масла, температура двигателя. Между Х и У существует какая то связь, которую можно предоставить в виде формулы:
Субъект -источник целей, реализуемых управлением (не только конкретная личность). Появление при анализе управления субъекта с его потребностями совершенно необходимо для понимания процесса образования целей управления. Говоря о причинах управления следует использовать правило: «Ищите, кому выгодно!».Только субъекту и выгодно управление. Рис.2. Схема взаимодействия субъекта со средой и объектом Взаимодействие субъекта на объект из-за неудовлетворенности сложившейся ситуации в объекте есть управление. Цель управления – набор требований, предъявляемых субъектам к состоянию объекта. Проверить выполнение цели Z* (*- и все желаемое) можно только по состоянию У, но для этого состояние объекта следует выразить на языке целей субъекта Z=ψ (y) (1.2) Пример: спидометр и реальная скорость (отечественный автомобиль (км/ч) и зарубежный (миля/ч)) 1) ψ (у)=У 2)Z=0, 63У Z=Z* (1.3) Z≠ Z* (1.4) Цели реализованы и не реализованы. На достижение цели затрагиваются определенные средства, часто очень дорогие. Тем не менее, для реализации управления создаются специальные каналы управления U. У=F◦ (X, U) (1.5) Система управления – все необходимые алгоритмы обработки информации и средства их реализации, объединенные для достижения заданных целей управления в объекте. СУ не всегда реализуется «в металле». В общем случае это система правил, договоров и обязательств (алгоритмов), которые реализуются в процессе управления. Совокупность совместно функционирующих объекта управления и автоматического управляющего устройства называют системой автоматического управлении (САУ). Человеко-машинная система, предназначенная для управления объектом, называется автоматизированной системой управления (АСУ).
Рис. 3. Схема системы управления Дх и Ду – датчики, с помощью которых измеряются состояние среды и объекта соответственно; Хd =Дх(Х); Уd=Ду(У) – результаты измерений; Дх, Ду – операторы датчиков, являющиеся исходной информацией для управляющего устройства (УУ), вырабатывающего управляющее воздействие U; Е- ненаблюдаемое возмущение; ИМ – исполнительный механизм; U◦ - состояние управляющего входа; U – управляющее воздействие, является информацией о том, в какое положение должны быть приведены управляемые входы U◦. Хd=Дх(Х), Уd=Ду(У) (1.6) Формулы (1.6) выражают связь между фактическим состоянием среды или объекта и информацией об этом состоянии. Это не одно и тоже. Пример: Черное море по фотографиям и действительно. Информация всегда неполная, поэтому вводим один вход Е, относительно которого могут выдвигаться только предположения. Тогда: У=F◦ (Х, Е, U) (1.7) Для целенаправленного функционирования системы управления необходимо соблюдать цель Z* управления, т.е. к чему следует стремиться в процессе управления, и алгоритм управления, т.е. указания, как этой цели добиться. Алгоритм – четкое, недвусмысленное правило, инструкция, указания, что и как следует делать, чтобы добиться заданной цели Z* в сложившейся ситуации I (информация, которая лежит в основе процесса управления). I=< Xd, Уd> (1.8) Пример: инструкция по применению лекарства есть алгоритм. Представим управление как результат работы алгоритма: U= φ (I, Z*) (1.9) где φ – алгоритм управления. Основные факторы любой системы управления (необходимые и достаточные): Для чего? - цель управления (Z*); - информация о состоянии объекта и среды (I)
Чем? - воздействие на объект, т.е. управление (U);
Как? - алгоритм управления (φ) При исключении из перечня хотя бы одного фактора нарушает систему, делает управления невозможным. Пример: военные действия – нарушение коммуникаций и линий связи (I), штабы (алгоритм управления). При управлении технологическими процессами и установками в прокатном производстве приходится сталкиваться с трудностями, связанными в первую очередь со сложностью объектов управления. Поэтому приведем некоторые основные черты сложного объекта. 1) Отсутствие математического описания и необходимость в нем. Под математическим описанием понимается наличие алгоритма вычисления состояния У объекта по наблюдениям его входов – управляемого и неуправляемого, но наблюдаемого Х. Простые объекты управления могут не иметь математического описания. Пример: для управления температурой комнаты необязательно знать какова математическая зависимость ее от нагревателя. Если хочешь управлять сложной системой с использованием формальных методов, то придется создать ее математическую модель. 2) Стохастичность поведения сложных объектов. Эта черта обусловлена не столько наличием каких- то специальных случайных помех в объекте управления, сколько сложностью объекта и связанным с этим неизбежным обилием всякого рода второстепенных процессов. Поэтому его поведение зачастую неожиданно для исследователя, причем эта неожиданность удобнее рассматривать как зашумленность, как случайный фактор, чем разбираться в механизме второстепенных (естественно с точки зрения цели управления) процессов. В данном случаи удобно считать случайным все, что непонятно. Этот подход хорошо развит в статистической теории управления (элементы которой рассмотрим позже). 3) Нетерпимость к управлению. Дело в том, что любой сложный объект существует и функционирует независимо от субъекта и его потребностей. Так любой технологический процесс существует для производства продукции, а не для управления им. Всякое управление нарушает «нормальное» функционирование объекта, делая зависимым от субъекта. Наглядно это видно на примере управления активным объектом (коллективы людей), когда цели объекта и управления редко совпадают. 4) Нестационарность проявляется в дрейфе характеристик объекта, т.е. в эволюции объекта во времени. Чем сложнее объект, тем быстрее он меняется. В обыденной жизни с этим процессом мы сталкиваемся, наблюдая амортизацию (старение) вещей и предметов. Причем, телевизор или автомобиль (сложные объекты) стареют значительно быстрее, чем молоток. Следствием нестационарности является следующая черта сложного объекта управления. 5) Невоспроизводимость экспериментов проявляется в различной реакции объекта на одну и ту же ситуацию или управление в различные моменты времени. Сложный объект как бы перестает быть самим собой, т.е. постоянно меняется. Все перечисленные обстоятельства приводят к тому, что цель управления в полной мере никогда не достигается. Эффективным способом борьбы с перечисленными свойствами объекта является экстраполяция поведения системы, т.е. выяснения направления ее эволюции. В этом случаи управление производится с упреждением, с учетом выявленного изменения объекта.
|