Введение в системы управления Из чего состоит система управления


Скачать 67.29 Kb.
НазваниеВведение в системы управления Из чего состоит система управления
Дата публикации29.08.2014
Размер67.29 Kb.
ТипДокументы
referatdb.ru > Информатика > Документы
Введение в системы управления
Из чего состоит система управления

В задачах управления всегда есть два объекта – управляемый и управляющий. Управляемый объект обычно называют объектом управления или просто объектом, а управляющий объект – регулятором. Например, при управлении частотой вращения объект управления – это двигатель (электромотор, турбина); в задаче стабилизации курса корабля – корабль, погруженный в воду; в задаче поддержания уровня громкости – динамик.

Регуляторы могут быть построены на разных принципах. Самый знаменитый из первых механических регуляторов – центробежный регулятор Уатта для стабилизации частоты вращения паровой турбины (рисунок 1).



Рисунок 1 Регулятор Уатта
Когда частота вращения увеличивается, шарики расходятся из-за увеличения центробежной силы. При этом через систему рычагов немного закрывается заслонка, уменьшая поток пара на турбину.

Регулятор температуры в холодильнике или термостате – это электронная схема, которая включает режим охлаждения (или нагрева), если температура становится выше (или ниже) заданной.

Во многих современных системах регуляторы – это микропроцессорные устройства, компьютеры. Они успешно управляют самолетами и космическими кораблями без участия человека. Современный автомобиль буквально «напичкан» управляющей электроникой, вплоть до бортовых компьютеров.

Обычно регулятор действует на объект управления не прямо, а через исполнительные механизмы (приводы), которые могут усиливать и преобразовывать сигнал управления, например, электрический сигнал может «превращаться» в перемещение клапана, регулирующего расход топлива, или в поворот руля на некоторый угол.

Чтобы регулятор мог «видеть», что фактически происходит с объектом, нужны датчики. С помощью датчиков чаще всего измеряются те характеристики объекта, которыми нужно управлять. Кроме того, качество управления можно улучшить, если получать дополнительную информацию – измерять внутренние свойства объекта.

^ Структура системы

Итак, в типичную систему управления входят объект, регулятор, привод и датчики. Однако, набор этих элементов – еще не система. Для превращения в систему нужны каналы связи, через них идет обмен информацией между элементами. Для передачи информации могут использоваться электрический ток, воздух (пневматические системы), жидкость (гидравлические системы), компьютерные сети. Взаимосвязанные элементы – это уже система, которая обладает (за счет связей) особыми свойствами, которых нет у отдельных элементов и любой их комбинации.

Основная интрига управления связана с тем, что на объект действует окружающая среда – внешние возмущения, которые «мешают» регулятору выполнять поставленную задачу. Большинство возмущений заранее непредсказуемы, то есть носят случайный характер. Кроме того, датчики измеряют параметры не точно, а с некоторой ошибкой, пусть и малой. В этом случае говорят о «шумах измерений» по аналогии с шумами в радиотехнике, которые искажают сигналы.

Подводя итого, можно нарисовать структурную схему системы управления так, как показано на рисунке 2.


Рисунок 2 Структура системы управления с ОС
Например, в системе управления курсом корабля:

- объект управления – это сам корабль, находящийся в воде; для управления его курсом используется руль, изменяющий направление потока воды;

- регулятор – цифровая вычислительная машина;

- привод – рулевое устройство, которое усиливает управляющий электрический сигнал и преобразует его в поворот руля;

- датчики – измерительная система, определяющая фактический курс;

- внешние возмущения – это морское волнение и ветер, отклоняющие корабль от заданного курса;

- шумы измерений – это ошибки датчиков.

Информация в системе управления как бы «ходит по кругу»: регулятор выдает сигнал управления на привод, который воздействует непосредственно на объект; затем информация об объекте через датчики возвращается обратно к регулятору и все начинается заново. Говорят, что в системе есть обратная связь, то есть регулятор использует информацию о состоянии объекта для выработки управления. Системы с обратной связью называют замкнутыми, поскольку информация передается по замкнутому контуру.

Регулятор сравнивает задающий сигнал («задание», «уставку», «желаемое значение») с сигналами обратной связи от датчиков и определяет рассогласование (ошибку управления) – разницу между заданным и фактическим состоянием. Если оно равно нулю, никакого управления не требуется. Если разница есть, регулятор выдает управляющий сигнал, который стремится свести рассогласование к нулю. Поэтому схему регулятора во многих случаях можно нарисовать так, как показано на рисунке 3.

Такая схема показывает управление по ошибке (или по отклонению). Это значит, что для того, чтобы регулятор начал действовать, нужно, чтобы управляемая величина отклонилась от заданного значения. Блок, обозначенный знаком ≠, находит рассогласование. В простейшем случае в нем из заданного значения вычитается сигнал обратной связи (измеренное значение).


Рисунок 3 Структура регулятора
Можно ли управлять объектом так, чтобы не было ошибки? В реальных системах – нет. Прежде всего, из-за внешних воздействий и шумов, которые заранее неизвестны. Кроме того, объекты управления обладают инерционностью, то есть, не могут мгновенно перейти из одного состояния в другое. Возможности регулятора и приводов (то есть мощность сигнала управления) всегда ограничены, поэтому быстродействие системы управления (скорость перехода на новый режим) также ограничена. Например, при управлении кораблем угол перекладки руля обычно не превышает 30 − 35° , это ограничивает скорость изменения курса.

Мы рассмотрели вариант, когда обратная связь используется для того, чтобы уменьшить разницу между заданным и фактическим состоянием объекта управления. Такая обратная связь называется отрицательной, потому что сигнал обратной связи вычитается из задающего сигнала. Может ли быть наоборот? Оказывается, да. В этом случае обратная связь называется положительной, она увеличивает рассогласование, то есть, стремится «раскачать» систему. На практике положительная обратная связь применяется, например, в генераторах для поддержания незатухающих электрических колебаний.

Можно ли управлять, не используя обратную связь? В принципе, можно. В этом случае регулятор не получает никакой информации о реальном состоянии объекта, поэтому должно быть точно известно, как этот объект себя ведет. Только тогда можно заранее рассчитать, как им нужно управлять (построить нужную программу управления). Однако при этом нельзя гарантировать, что задание будет выполнено. Такие системы называют системами программного управления или разомкнутыми системами, поскольку информация передается не по замкнутому контуру, а только в одном направлении (рисунок 4).


Рисунок 4 Структура разомкнутой системы управления
Слепой и глухой водитель тоже может вести машину. Некоторое время. Пока он помнит дорогу и сможет правильно рассчитать свое место. Пока на пути не встретятся пешеходы или другие машины, о которых он заранее не может знать. Из этого простого примера ясно, что без обратной связи (информации с датчиков) невозможно учесть влияние неизвестных факторов, неполноту наших знаний.

Несмотря на эти недостатки, разомкнутые системы применяются на практике. Например, информационное табло на вокзале. Или простейшая система управления двигателем, в которой не требуется очень точно поддерживать частоту вращения.

Автоматическая система – это система, работающая без участия человека. Есть еще автоматизированные системы, в которых рутинные процессы (сбор и анализ информации) выполняет компьютер, но управляет всей системой человек-оператор, который и принимает решения.

^ Задачи систем управления

Автоматические системы управления применяются для решения трех типов задач:

- стабилизация, то есть поддержание заданного режима работы, который не меняется длительное время (задающий сигнал – постоянная, часто нуль);

- программное управление – управление по заранее известной программе (задающий сигнал меняется, но заранее известен);

- слежение за неизвестным задающим сигналом.

К системам стабилизации относятся, например, авторулевые на кораблях (поддержание заданного курса), системы регулирования частоты вращения турбин.

Системы программного управления широко используются в бытовой технике, например, в стиральных машинах.

Следящие системы служат для усиления и преобразования сигналов, они применяются в приводах и при передаче команд через линии связи, например, через Интернет.

По количеству входов и выходов бывают:

- одномерные системы, у которых один вход и один выход (они рассматриваются в так называемой классической теории управления);

- многомерные системы, имеющие несколько входов и./или выходов (главный предмет изучения современной теории управления).

По характеру сигналов системы могут быть:

- непрерывными, в которых все сигналы – функции непрерывного времени, определенные на некотором интервале;

- дискретными, в которых используются дискретные сигналы (последовательности чисел), определенные только в отдельные моменты времени;

- непрерывно-дискретными, в которых есть как непрерывные, так и дискретные сигналы.

Непрерывные (или аналоговые) системы обычно описываются дифференциальными уравнениями. Это все системы управления движением, в которых нет компьютеров и других элементов дискретного действия (микропроцессоров, логических интегральных схем).

Микропроцессоры и компьютеры – это дискретные системы, поскольку в них вся информация хранится и обрабатывается в дискретной форме. Компьютер не может обрабатывать непрерывные сигналы, поскольку работает только с последовательностями чисел. Для их описания применяют разностные уравнения.

Существуют также и гибридные непрерывно-дискретные системы, например, компьютерные системы управления движущимися объектами (кораблями, самолетами, автомобилями и др.). В них часть элементов описывается дифференциальными уравнениями, а часть – разностными. С точки зрения математики это создает большие сложности для их исследования, поэтому во многих случаях непрерывно-дискретные системы сводят к упрощенным чисто непрерывным или чисто дискретным моделям.

Похожие рефераты:

Стратегия управления персоналом в нко
Одним словом, система управления персоналом является «костяком» системы управления организацией
Название дисциплины по выбору студента
Введение. Организация управления. Эволюция теории управления. Функции управления. Методы управления. Процессы коммуникации, влияния...
Управления рисками ао
Настоящий документ отражает видение, цели и задачи корпоративной системы управления рисками в Обществе, определяет структуру управления...
Система управления рисками в ОАО «бпс-сбербанк»
В банке создана и функционирует эффективная система управления рисками, интегрированная в систему корпоративного управления, направленная...
Положение «О педагогической архитектуре Системы управления школой (sms)» Алматы, 2011
Система управления школой (School Management System, далее – sms) – это программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс...
В ногу со временем – система «Расчет»
Подробнее о возможностях системы «Расчет», правилах совершения платежей и о других нюансах работы системы рассказывает заместитель...
Задача асу обеспечить работников органов управления достоверной,...
Автоматизированные системы управления (асу) – это система «человек-машина» обеспечивающая эффективное функционирования объекта, сбор...
Жанна Михайловна, какие преимущества предоставляет пользователям система «Расчет»?
О возможностях системы «Расчет», правилах совершения платежей и о других нюансах работы системы рассказала заместитель начальника...
Пассажирские перевозки
Настоящий документ отражает видение, цели и задачи корпоративной системы управления рисками в Обществе, определяет структуру управления...
Военизированная железнодорожная охрана
Настоящий документ отражает видение, цели и задачи корпоративной системы управления рисками в Компании, определяет структуру управления...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза