Система управления

Структура управления — систематизированный (строго определенный) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение с целью достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как технические объекты, так и люди. Объект системы управления может состоять из других объектов, которые могут иметь постоянную структуру взаимосвязей. Системы управления с участием людей как объектов управления зачастую называют системами менеджмента.

Техническая структура управления — устройство или набор устройств для манипулирования поведением других устройств или систем.

Объектом управления может быть любая динамическая система или её модель. Состояние объекта характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния. В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность определенного вещества в организме, курс ценных бумаг и т. д. Для технических объектов это механические перемещения (угловые или линейные) и их скорость, электрические переменные, температуры и т. д. Анализ и синтез систем управления проводится методами специального раздела математики — теории управления.

Структуры управления разделяют на два больших класса:

• Автоматизированные системы управления (АСУ) — с участием человека в контуре управления;
• Система автоматического управления(САУ) — без участия человека в контуре управления.

Типы систем автоматического управления

Обобщенная схема САУ

Система автоматического управления, как правило, состоит из двух основных элементов — объекта управления и управляющего устройства.

По цели управления

Объект управления — изменение состояния объекта в соответствии с заданным законом управления. Такое изменение происходит в результате внешних факторов, например вследствие управляющих или возмущающих воздействий.

Системы автоматического регулирования

• Системы автоматической стабилизации. Выходное значение поддерживается на постоянном уровне (заданное значение — константа). Отклонения возникают за счёт возмущений и при включении.
• Системы программного регулирования. Заданное значение изменяется по заранее заданному программному закону f. Наряду с ошибками, встречающимися в системах автоматического регулирования, здесь также имеют место ошибки от инерционности регулятора.
• Следящие системы. Входное воздействие неизвестно. Оно определяется только в процессе функционирования системы. Ошибки очень сильно зависят от вида функции f(t).

Системы экстремального регулирования

Способны поддерживать экстремальное значение некоторого критерия (например, минимальное или максимальное), характеризующего качество функционирования данного объекта. Критерием качества, который обычно называют целевой функцией, показателем экстремума или экстремальной характеристикой, может быть либо непосредственно измеряемая физическая величина (например, температура, ток, напряжение, влажность, давление), либо КПД, производительность и др.

Выделяют:

• Системы с экстремальным регулятором релейного действия. Универсальный экстремальный регулятор должен быть хорошо масштабируемым устройством, способным исполнять большое количество вычислений в соответствии с различными методами.
  • Сигнум-регулятор используется как аналоговый анализатор качества, однозначно характеризующий лишь один подстраиваемый параметр систем. Он состоит из двух последовательно включенных устройств: Сигнум-реле (D-триггер) и исполнительный двигатель (интегратор).
  • Экстремальные системы с безинерционным объектом
  • Экстремальные системы с инерционным объектом
  • Экстремальные системы с плавающей характеристикой. Используется в случае, когда экстремум меняется непредсказуемым или сложно идентифицируемым образом.
• Системы с синхронным детектором (экстремальные системы непрерывного действия). В прямом канале имеется дифференцирующее звено, не пропускающее постоянную составляющую. Удалить или зашунтировать по каким-либо причинам это звено невозможно или неприменимо. Для обеспечения работоспособности системы используется модуляция задающего воздействия и кодирование сигнала в прямом канале, а после дифференцирующего звена устанавливают синхронный детектор фазы.

Адаптивные системы автоматического управления

Основная статья: Адаптивная система (теория управления)

Служат для обеспечения желаемого качества процесса при широком диапазоне изменения характеристик объектов управления и возмущений.

По виду информации в управляющем устройстве

Замкнутые САУ

В замкнутых системах автоматического регулирования управляющее воздействие формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины. Связь выхода системы с его входом называется обратной связью. Сигнал обратной связи вычитается из задающего воздействия. Такая обратная связь называется отрицательной.

Разомкнутые САУ

Сущность принципа разомкнутого управления заключается в жестко заданной программе управления. То есть управление осуществляется «вслепую», без контроля результата, основываясь лишь на заложенной в САУ модели управляемого объекта. Примеры таких систем : таймер, блок управления светофора, автоматическая система полива газона, автоматическая стиральная машина и т. п.

В свою очередь различают:

• Разомкнутые по задающему воздействию
• Разомкнутые по возмущающему воздействию

Характеристика САУ

В зависимости от описания переменных системы делятся на линейные и нелинейные. К линейным относятся системы, состоящие из элементов описания, которые задаются линейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями.

Если все параметры уравнения движения системы не меняются во времени, то такая система называется стационарной. Если хотя бы один параметр уравнения движения системы меняется во времени, то система называется нестационарной или с переменными параметрами.

Системы, в которых определены внешние (задающие) воздействия и описываются непрерывными или дискретными функциями во времени относятся к классу детерминированных систем.

Системы, в которых имеет место случайные сигнальные или параметрические воздействия и описываются стохастическими дифференциальными или разностными уравнениями относятся к классу стохастических систем.

Если в системе есть хотя бы один элемент, описание которого задается уравнением частных производных, то система относится к классу систем с распределенными переменными.

Системы, в которых непрерывная динамика, порождаемая в каждый момент времени, перемежается с дискретными командами, посылаемыми извне, называются гибридными системами.

Примеры систем автоматического управления

В зависимости от природы управляемых объектов можно выделить биологические, экологические, экономические и технические системы управления. В качестве примеров технического управления можно привести:

• Системы дискретного действия или автоматы (торговые, игровые, музыкальные).
• Системы стабилизации уровня звука, изображения или магнитной записи. Это могут быть управляемые комплексы летательных аппаратов, включающие в свой состав системы автоматического управления двигателя, рулевыми механизмами, автопилоты и навигационные системы.

См. также

• Управление
• Теория управления
• Теория автоматического управления (ТАУ)
• Распределённая система управления
• Регулятор (теория управления)
• Логарифмические частотные характеристики
• Управление с прогнозирующими моделями
• Апериодическое звено
• Система управления гостиницей

Ссылки

• Автоматизированные системы управления наружным освещением
• Автоматическое управление на предприятиях горной промышленности
• Системы автоматического управления освещением зданий
• Общие вопросы теории автоматического управления
• Курс Лекций «Теория автоматического управления»
• Теория управления организационными системами
• Глоссарий по проблемам управления
• Информационный сайт о автоматизации. Глоссарий, производители, СМИ
• Информационный сайт о промышленной автоматизации.
• Ресурс о автоматизации в промышленности
• BABOK Руководство к Своду знаний по бизнес-анализу
• Системы автоматического регулирования для АЭС

Литература

• Первозванский А. А. Курс теории автоматического управления. М., Наука, 1986
• Поляк Б. Т., Щербаков П. С. Робастная устойчивость и управление. М., Наука, 2002
• Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1966
• Цыпкин Я. З. Основы теории автоматических систем. М., Наука, 1977
• Новиков Д. А. Теория управления организационными системами. 2-е изд. — М.: Физматлит, 2007.
• Красовский А. А. Динамика непрерывных самонастраивающихся систем. М. 1963
• Моросанов И. С. Релейные экстремальные системы. М., Наука, 1964
• Кунцевич В. М. Импульсные самонастраивающиеся и экстремальные системы автоматического управления. К, Наука, 1966
• Растригин Л. А. Системы экстремального управления. М., Наука, 1974