Основные задачами теории управления

Министерство образования и науки Российской Федерации

Набережночелнинский институт (филиал) Федерального

Автономного образовательного учреждения высшего образования

«Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Контрольная работа

По Теории автоматического управления

Выполнил: студент 3 курса гр.2132105Е

Черннышов Е.В.

Проверил: Ахсанов М.М.

Набережные Челны 2016 г.

Содержание.

Теория управления……………………………………………………………………………………………….3стр

Процессы и сигналы……………………………………………………………………………………………..4стр

Цель управления……………………………………………………………………………………………………5стр

Основные задачи теории управления………………………………………………………………..6стр

Субъекты и объекты управления…………………………………………………………………………7стр

Система управления …………………………………………………………………………………………….9стр

Виды статических характеристик ………………………………………………………………………..11стр

Переходные процессы в системе…………………………………………………………………………12стр

Список используемой литературы……………………………………………………………………….14стр

Теория управлении.

это наука, разрабатывающая и изучающая методы и средства систем управления. Особенностью современного этапа научно-технического прогресса является то, то объектами автоматизации становятся не только процессы материального производства, но и сферы деятельности человека: организационно-административное управление, распределение ресурсов и принятие решений, проектирование и конструирование, информационное обслуживание, здравоохранение, научные исследования, образование, и многие другие.

Процессы и сигналы.

Динамическим процессом, или движением, называют развитие во времени некоторого физического явления (движение механизма, тепловое явление, экономический процессы). Процессы порождают информационные потоки - вторичные процессы, несущие информацию о рассматриваемом физическом явлении, которые называется сигналами.

Сигналы, как и порождающие их процессы, существуют вне зависимости от наличия измерителей или присутствия наблюдателя. При рассмотрении сигнала принято различать его информационное содержание (о первичном процессе) и физическую природу вторичного процесса (носителя). В зависимости от физической природы носителя выделяют акустические, оптические, электрические, электромагнитные, и пр. сигналы. Природа физического носителя может не совпадать с природой первичного процесса. Так например, слиток металла может разогреваться электромагнитным излучением, а температура слитка регистрироваться по инфракрасному излучению.

В теории управления сигнал рассматривается с кибернетических позиций и отождествляется с количественной информацией об изменении физических переменных изучаемого процесса безотносительно к физической природе как первичного процесса, так и носителя сигнала. При этом учитывается, что реальный сигнал может не содержать всей информации о развитии физического явления, равно как и содержать постороннюю информацию. На информационное содержание сигналов оказывают влияние способы их кодирования, шумы и эффекты квантования.

В зависимости от способа кодирования различают аналоговые и цифровые сигналы. Для аналоговых сигналов интенсивность физического носителя пропорциональна изучаемой физической переменной. В цифровых сигналах информация представлена в виде чисел (например, в форме двоичных кодов). Вопрос адекватности информация рассматриваемой физической переменной связан с понятиями идеального и реального сигнала.

Идеальный сигнал тождественен некоторой физической переменной x(t), в то время как реальный сигнал x'(t) содержит шумы измерения или помехи в(t) (постороннюю информацию о ка-нале связи, внешней среде или измерителе) и обычно отображается в виде: x'(t) = x(t) + в(t).

С понятием реального сигнала связаны задачи идентификации (оценивания) динамических процессов x(t) по текущим измерениям x'(t) и вопросы фильтрации (наблюдения), сглаживания и прогнозирования.

Цель управления.

Изменение состояния объекта в соответствии с определенным заданным законом. Для достижения объектом цели управления организуется специальное внешнее воздействие, которое формируется управляющим устройством (блоком управления) на основе сигналов задающего воздействия (задания) и воздействия обратной связи по известному алгоритму, или закону управления. Совокупность указанных элементов, связей и отношений между элементами системы управления образует структуру системы управления.

Возмущающие воздействия обычно вызваны внешними причинами, внешним окружением объекта или внешней средой. Наличие возмущений приводит к тому, что реальное состояние объекта всегда отличается от заданного. Величина этого различия зависит от стратегии управления, эффективности работы системы управления, от взаимодействия элементов системы в ходе выполнения задания, и оценивается показателями качества управления.

Физически управление объектом реализуется с помощью блоков управления и блоков контроля. Блок контроля - это комплекс средств оценивания состояния управляемого процесса и/или внешней среды. К таким средствам относятся органы чувств живых организмов, статистические службы экономических систем, технические измерительные устройства (датчики), соответствующие вычислительные средства (природные или технические), обеспечивающие называется системой контроля. Она может рассматриваться как самостоятельная система, так и в виде составной части системы управления. Оценка состояния, полученная в результате работы блока контроля, используется для управления объектом по цепи обратных связей и реализации принципа замкну-того управления.

Блок управления вырабатывает управляющее воздействие на объект с учетом задания и ин-формации о текущем состоянии объекта. К блокам управления можно отнести:

• нейронные системы живых организмов;

• природные регулирующие факторы;

• искусственные средства, как технические (механические, электрические блоки, ЭВМ и нейронные процессоры), так и человеческие (операторы, организаторы).

Основные задачами теории управления.

Являются задачи анализа динамических свойств систем управления на модельном или физическом уровне, и задачи синтеза — определение алгоритма управления, реализация на основе этого алгоритма функциональной структуры системы управления, удовлетворяющей требованиям качества и точности.

В зависимости от решаемых задач выделяют следующие типы систем:

1. Системы стабилизации - поддерживание некоторых управляемых переменных системы y(t) на заданном постоянном уровне. Примеры систем – устройства регулирования частоты вращения двигателей, системы автоматической стабилизации курса самолетов (автопилоты).

2. Системы программного управления - программные изменения управляемых переменных системы по заданному закону (правилу, программе). Примеры систем - изменение тяги двигателей ракеты для движения по заданной траектории, управление токарным станком с числовым программным управлением при изготовлении определенных деталей.

3. Следящие системы - изменение выходной величины путем слежения за произвольно из-меняемым во времени входным управляющим воздействием. Примеры систем - управление самонаводящихся ракет-перехватчиков, управление технологическим процессом загрузки конверторов в металлургическом производстве.

4. Адаптивные системы - изменение выходной величины по заранее неизвестному закону (правилу) методом пробных управляющих воздействий с учетом изменения среды и с оценкой результатов воздействий по определенным параметрам. Например, изменение цены товара в магазине в зависимости от спроса и цены аналогичных товаров в ближайших окрестностях с оптимизацией по максимуму прибыльности.

Задающее воздействие в системах стабилизации неизменно, в системах программного управления — известная функция времени, в следящих и адаптивных системах — произвольная функция времени.

Субъекты и объекты управления.

Суть всякого управления состоит в организации и реализации целенаправленного воздействия на объект управления и представляет собой процесс выработки и осуществления операции воздействия на объект в целях перевода его в новое качественное состояние или поддержания в установленном режиме. Субъект управления – это устройство, которое осуществляет управление (или тот, кто управляет). Объект управления – это устройство или процесс, на который направляется управляющее воздействие (или тот, кем управляют).

Под объектом управления (ОУ) понимается любой объект, технологический процесс, производственная организация или коллектив людей, выделенный из окружающей среды по определенным признакам (конструктивным, функциональным, и пр.) и представляющий собой динамическую систему произвольной природы, изменяющую свое состояние под влиянием внешних воз-действий. Для достижения определенных желаемых результатов функционирования ОУ необходимы и допустимы специально организованные воздействия. В зависимости от свойств и назначения объектов управления могут быть выделены технические, технологические, экономические, организационные, социальные и другие объекты и комплексы объектов.

Объект управления выделяется из окружающей среды таким образом, чтобы выполнялись минимум два условия:

- на объект можно воздействовать,

- это воздействие изменяет его состояние в определенном нужном для нас направлении.

Внешние связи объекта управления показаны на рис. 1.2.2, где Х – канал воздействия среды на объект, Y – канал воздействия объекта на среду, U – канал воздействия управления на объект. Понятие "воздействие" в теории управления рассматривается в информационном смысле.

Все многообразие систем управления можно разделить на классы по различным признакам, важнейшими из которых являются цель управления, вид структуры, вид и размерность математической модели, характер сигналов, характер параметров, характер внешних воздействий. Согласно этим признакам будем различать:

- системы стабилизации, программного управления, следящие системы;

- системы разомкнутые, замкнутые или комбинированной структуры;

- модели линейные, нелинейные, скалярные и векторные;

- системы непрерывные, дискретные или гармонически модулированные;

- системы стационарные и нестационарные, с сосредоточенными или распределенными параметрами;

- системы с детерминированными или стохастическими воздействиями.

Практическая классификация систем управления обычно строится на основе применяемых принципов управления и осуществления управляющих воздействий.

 

Система управления.

Состоит из двух основных частей: объекта управления (ОУ) и устройства управления (УУ), которое называют также регулятором (Р). Регулятор на основании одного или нескольких задающих воздействий Y(t), определяющих закон (алгоритм) управления, вырабатывает управляющее воздействие U(t) на ОУ и поддерживает на заданном уровне или изменяет по определенному закону состояние Y(t), которое может отображаться на его выходе соответствующим сигналом y(t). Перед регулятором ставится задача обеспечения заданного качества работы системы во всех практически важных режимах, в том числе при воздействии на объект внешних возмущающих воздействий и дестабилизирующих факторов X(t) . Регулятор создаётся разработчиком системы, исходя из знаний о свойствах объекта управления и требуемых задачах системы.

 

Внешние связи объекта управления показаны на рис. 2.1.1, где Х – канал воздействия среды на объект и управляющее устройство, Y – канал воздействия объекта на среду или информационный канал состояния объекта, U – канал воздействия управления на объект, G – задающее устройство (программатор) изменения управляющего воздействия.

Основной задачей управления является поддержание определенного закона изменения од-ной или нескольких физических величин процессов, протекающих в ОУ. Эти величины называются управляемыми (температура, давление, уровень жидкости, направление перемещения инструмента, и т.п.).

В составе объекта управления всегда содержится управляющий орган (УО) объекта, с помощью которого можно изменять параметры состояния ОУ (реостат, вентиль, заслонка и т.п.). Физическую величину U(t) на входе управляющего органа называют входной величиной ОУ или управляющим воздействием.

В состав ОУ обычно входит также чувствительный элемент (ЧЭ), который преобразует управляемую величину в пропорциональную ей величину, удобную для информации и использования в системе управления. Физическую величину y(t) на выходе ЧЭ называют выходной величиной ОУ. Как правило, это электрический сигнал (ток, напряжение) или механическое перемещение. В качестве ЧЭ могут использоваться термопары, тахометры, рычаги, датчики давления, положения и т.п.

Управляющее воздействие U(t) формируется устройством управления (УУ) и представляет собой воздействие, прикладываемое к управляющему органу УО объекта с целью поддержания требуемых значений управляемой величины. Оно создается исполнительным элементом УУ, в качестве которого могут использоваться электрические или поршневые двигатели, мембраны, электромагниты и т.п.

В составе системы управления, как правило, имеется также задающее устройство (ЗУ). Оно задает программу изменения управляющего воздействия, то есть формирует задающий сигнал u(t). ЗУ может быть выполнено в виде отдельного устройства с формированием воздействия (сигнала) G(t) на вход УУ, может быть встроенным в УУ или вообще отсутствовать. В качестве ЗУ может выступать кулачковый механизм, магнитофонная лента, маятник в часах, и т.п.

Величина X(t), воздействующая на ОУ и (при необходимости) на УУ, называется возмущением. Она отражает влияние на выходную величину y(t) изменений окружающей среды, нагрузки и т.п.

В общем случае все связи в системе управления могут быть многоканальными (многомерными), а сами воздействия представляют собой информационные сигналы на материальных носителях любой физической природы (электрические, магнитные, механические, оптические и пр.).