Фундаментальные принципы управления Питера Ф. Друкера. Принципы управления Фундаментальные принципы управления

Общие понятия

Теория автоматического управления (ТАУ) появилась во второй половине 19 века сначала как теория регулирования. Широкое применение паровых машин вызвало потребность в регуляторах, то есть в специальных устройствах, поддерживающих устойчивый режим работы паровой машины. Это дало начало научным исследованиям в области управления техническими объектами. Оказалось, что результаты и выводы данной теории могут быть применимы к управлению объектами различной природы с различными принципами действия. В настоящее время сфера ее влияния расширилась на анализ динамики таких систем, как экономические, социальные и т.п. Поэтому прежнее название “Теория автоматического регулирования” заменено на более широкое - “Теория автоматического управления”.

Управление каким-либо объектом (объект управления будем обозначать ОУ) есть воздействие на него в целях достижения требуемых состояний или процессов. В качестве ОУ может служить самолет, станок, электродвигатель и т.п. Управление объектом с помощью технических средств без участия человека называется автоматическим управлением . Совокупность ОУ и средств автоматического управления называется системой автоматического управления (САУ) .

Основной задачей автоматического управления является поддержание определенного закона изменения одной или нескольких физических величин, характеризующих процессы, протекающие в ОУ, без непосредственного участия человека. Эти величины называются управляемыми величинами . Если в качестве ОУ рассматривается хлебопекарная печь, то управляемой величиной будет температура, которая должна изменяться по заданной программе в соответствии с требованиями технологического процесса.

Фундаментальные принципы управления

Принято различать три фундаментальных принципа управления: принцип разомкнутого управления, принцип компенсации, принцип обратной связи .

Принцип компенсации

Если возмущающий фактор искажает выходную величину до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации (рис.6, КУ - корректирующее устройство ).

Пусть y о - значение выходной величины, которое требуется обеспечить согласно программе. На самом деле из-за возмущения f на выходе регистрируется значение y . Величина e = y о - y называется отклонением от заданной величины . Если каким-то образом удается измерить величину f , то можно откорректировать управляющее воздействие u на входе ОУ, суммируя сигнал УУ с корректирующим воздействием, пропорциональным возмущению f и компенсирующим его влияние.

Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т.п. На рис.6 в цепи НЭ стоит термосопротивление R t , величина которого меняется в зависимости от колебаний температуры окружающей среды, корректируя напряжение на НЭ.

Достоинство принципа компенсации : быстрота реакции на возмущения. Он более точен, чем принцип разомкнутого управления. Недостаток : невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

Принцип обратной связи

Наибольшее распространение в технике получил принцип обратной связи (рис.7). Здесь управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t) . И уже не важно, какие возмущения действуют на ОУ. Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигналаu(t) с целью уменьшения данного отклонения. Связь выхода ОУ с его входом называется главной обратной связью (ОС) .

В частном случае (рис.8) ЗУ формирует требуемое значение выходной величины y о (t) , которое сравнивается с действительным значением на выходе САУ y(t) . Отклонение e = y о -y с выхода сравнивающего устройства подается на вход регулятора Р, объединяющего в себе УУ, УО, ЧЭ.Если e 0 , то регулятор формирует управляющее воздействиеu(t) , действующее до тех пор, пока не обеспечится равенство e = 0 , или y = y о . Так как на регулятор подается разность сигналов, то такая обратная связь называется отрицательной , в отличие от положительной обратной связи , когда сигналы складываются.

Такое управление в функции отклонения называется регулированием , а подобную САУ называют системой автоматического регулирования (САР). Так на рис.9 изображена упрощенная схема САР хлебопекарной печи. Роль ЗУ здесь выполняет потенциометр, напряжение на котором U з сравнивается с напряжением на термопаре U т. Их разность U через усилитель подается на исполнительный двигатель ИД, регулирующий через редуктор положение движка реостата в цепи НЭ. Наличие усилителя говорит о том, что данная САР является системой непрямого регулирования , так как энергия для функций управления берется от посторонних источников питания, в отличие от систем прямого регулирования , в которых энергия берется непосредственно от ОУ, как, например, в САР уровня воды в баке (рис.10).

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации , что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

Вопросы

Что называется управлением?
Что называется автоматическим управлением?
Что называется системой автоматического управления?
Что является основной задачей автоматического управления?
Что называется объектом управления?
Что называется управляемой величиной?
Что называется управляющим органом?
Что называется чувствительным элементом?
Что такое входная и выходная величины?
Что называется управляющим воздействием?
Что называется возмущением?
Что называется отклонением от заданной величины?
Что называется управляющим устройством?
Что называется задающим устройством?
Что называется функциональной схемой и из чего она состоит?
В чем отличие сигнала от физической величины?
В чем суть принципа разомкнутого управления?
В чем суть принципа компенсации?
В чем суть принципа обратной связи?
Перечислите достоинства и недостатки принципов управления?
Какой частный случай управления называется регулированием?
В чем отличие систем прямого и непрямого регулирования?

Основные виды САУ

В зависимости от принципа и закона функционирования ЗУ, задающего программу изменения выходной величины, различают основные виды САУ: системы стабилизации, программные, следящие и самонастраивающиеся системы, среди которых можно выделить экстремальные, оптимальные и адаптивные системы.

В системах стабилизации (рис.9,10) обеспечивается неизменное значение управляемой величины при всех видах возмущений, т.е. y(t) = const. ЗУ формирует эталонный сигнал, с которым сравнивается выходная величина. ЗУ, как правило, допускает настройку эталонного сигнала, что позволяет менять по желанию значение выходной величины.

В программных системах обеспечивается изменение управляемой величины в соответствии с программой, формируемой ЗУ. В качестве ЗУ может использоваться кулачковый механизм, устройство считывания с перфоленты или магнитной ленты и т.п. К этому виду САУ можно отнести заводные игрушки, магнитофоны, проигрыватели и т.п. Различают системы с временной программой (например, рис.1), обеспечивающие y = f(t) , и системы с пространственной программой , в которых y = f(x) , применяемые там, где на выходе САУ важно получить требуемую траекторию в пространстве, например, в копировальном станке (рис.11), закон движения во времени здесь роли не играет.

Следящие системы отличаются от программных лишь тем, что программа y = f(t) или y = f(x) заранее неизвестна. В качестве ЗУ выступает устройство, следящее за изменением какого-либо внешнего параметра. Эти изменения и будут определять изменения выходной величины САУ. Например, рука робота, повторяющая движения руки человека.

Все три рассмотренные вида САУ могут быть построены по любому из трех фундаментальных принципов управления. Для них характерно требование совпадения выходной величины с некоторым предписанным значением на входе САУ, которое само может меняться. То есть в любой момент времени требуемое значение выходной величины определено однозначно.

В самонастраивающихся системах ЗУ ищет такое значение управляемой величины, которое в каком-то смысле является оптимальным.

Так в экстремальных системах (рис.12) требуется, чтобы выходная величина всегда принимала экстремальное значение из всех возможных, которое заранее не определено и может непредсказуемо изменяться. Для его поиска система выполняет небольшие пробные движения и анализирует реакцию выходной величины на эти пробы. После этого вырабатывается управляющее воздействие, приближающее выходную величину к экстремальному значению. Процесс повторяется непрерывно. Так как в данных САУ происходит непрерывная оценка выходного параметра, то они выполняются только в соответствии с третьим принципом управления: принципом обратной связи.

Оптимальные системы являются более сложным вариантом экстремальных систем. Здесь происходит, как правило, сложная обработка информации о характере изменения выходных величин и возмущений, о характере влияния управляющих воздействий на выходные величины, может быть задействована теоретическая информация, информация эвристического характера и т.п. Поэтому основным отличием экстремальных систем является наличие ЭВМ. Эти системы могут работать в соответствии с любым из трех фундаментальных принципов управления.

В адаптивных системах предусмотрена возможность автоматической перенастройки параметров или изменения принципиальной схемы САУ с целью приспособления к изменяющимся внешним условиям. В соответствии с этим различают самонастраивающиеся и самоорганизующиеся адаптивные системы.

Все виды САУ обеспечивают совпадение выходной величины с требуемым значением. Отличие лишь в программе изменения требуемого значения. Поэтому основы ТАУ строятся на анализе самых простых систем: систем стабилизации. Научившись анализировать динамические свойства САУ, мы учтем все особенности более сложных видов САУ.

Статические характеристики

Режим работы САУ, в котором управляемая величина и все промежуточные величины не изменяются во времени, называется установившимся , или статическим режимом . Любое звено и САУ в целом в данном режиме описывается уравнениями статики вида y = F(u,f) , в которых отсутствует время t . Соответствующие им графики называются статическими характеристиками . Статическая характеристика звена с одним входом u может быть представлена кривой y = F(u) (рис.13). Если звено имеет второй вход по возмущениюf , то статическая характеристика задается семейством кривых y = F(u) при различных значенияхf , или y = F(f) при различных u .

Так примером одного из функциональных звеньев системы регулирования воды в баке (см. выше) является обычный рычаг (рис.14). Уравнение статики для него имеет вид y = Ku . Его можно изобразить звеном, функцией которого является усиление (или ослабление) входного сигнала в K раз. КоэффициентK = y/u , равный отношению выходной величины к входной называется коэффициентом усиления звена. Когда входная и выходная величины имеют разную природу, его называют коэффициентом передачи .

Статическая характеристика данного звена имеет вид отрезка прямой линии с наклоном a = arctg(L 2 /L 1) = arctg(K) (рис.15). Звенья с линейными статическими характеристиками называются линейными . Статические характеристики реальных звеньев, как правило, нелинейны. Такие звенья называются нелинейными . Для них характерна зависимость коэффициента передачи от величины входного сигнала:K = y/ u const .

Например, статическая характеристика насыщенного генератора постоянного тока представлена на рис.16. Обычно нелинейная характеристика не может быть выражена какой-либо математической зависимостью и ее приходится задавать таблично или графически.

Зная статические характеристики отдельных звеньев, можно построить статическую характеристику САУ (рис.17, 18). Если все звенья САУ линейные, то САУ имеет линейную статическую характеристику и называется линейной . Если хотя бы одно звено нелинейное, то САУ нелинейная .

Звенья, для которых можно задать статическую характеристику в виде жесткой функциональной зависимости выходной величины от входной, называются статическими . Если такая связь отсутствует и каждому значению входной величины соответствует множество значений выходной величины, то такое звено называется астатическим . Изображать его статическую характеристику бессмысленно. Примером астатического звена может служить двигатель, входной величиной которого является напряжение U , а выходной - угол поворота вала , величина которого при U = const может принимать любые значения. Выходная величина астатического звена даже в установившемся режиме является функцией времени.

Вопросы

Перечислите и дайте краткую характеристику основных видов САУ?
Что называется статическим режимом САУ?
Что называется статическими характеристиками САУ?
Что называется уравнением статики САУ?
Что называется коэффициентом передачи, в чем отличие от коэффициента усиления?
В чем отличие нелинейных звеньев от линейных?
Как построить статическую характеристику нескольких звеньев?
В чем отличие астатических звеньев от статических?
В чем отличие астатического регулирования от статического?
Как сделать статическую САР астатической?
Что называется статической ошибкой регулятора, как ее уменьшить?
Что называется статизмом САР?
Назовите достоинства и недостатки статического и астатического регулирования?

3.1. Динамический режим САУ.
Уравнение динамики

Установившийся режим не является характерным для САУ. Обычно на управляемый процесс действуют различные возмущения, отклоняющие управляемый параметр от заданной величины. Процесс установления требуемого значения управляемой величины называется регулированием . Ввиду инерционности звеньев регулирование не может осуществляться мгновенно.

Рассмотрим САР, находящуюся в установившемся режиме, характеризующемся значением выходной величины y = y o . Пусть в момент t = 0 на объект воздействовал какой - либо возмущающий фактор, отклонив значение регулируемой величины. Через некоторое время регулятор вернет САР к первоначальному состоянию (с учетом статической точности) (рис.24). Если регулируемая величина изменяется во времени по апериодическому закону, то процесс регулирования называется апериодическим .

При резких возмущениях возможен колебательный затухающий процесс (рис.25а). Существует и такая вероятность, что после некоторого времени Т р в системе установятся незатухающие колебания регулируемой величины - незатухающий колебательный процесс (рис.25б). Последний вид - расходящийся колебательный процесс (рис.25в).

Таким образом, основным режимом работы САУ считается динамический режим , характеризующийся протеканием в ней переходных процессов . Поэтому второй основной задачей при разработке САУ является анализ динамических режимов работы САУ .

Поведение САУ или любого ее звена в динамических режимах описывается уравнением динамики y(t) = F(u,f,t) , описывающее изменение величин во времени. Как правило, это дифференциальное уравнение или система дифференциальных уравнений. Поэтому основным методом исследования САУ в динамических режимах является метод решения дифференциальных уравнений . Порядок дифференциальных уравнений может быть довольно высоким, то есть зависимостью связаны как сами входные и выходные величины u(t), f(t), y(t) , так и скорости их изменения, ускорения и т.д. Поэтому уравнение динамики в общем виде можно записать так:

F(y, y’, y”,..., y (n) , u, u’, u”,..., u (m) , f, f ’, f ”,..., f (k)) = 0 .

Передаточная функция

В ТАУ часто используют операторную форму записи дифференциальных уравнений. При этом вводится понятие дифференциального оператораp = d/dt так, что, dy/dt = py , а p n = d n /dt n . Это лишь другое обозначение операции дифференцирования. Обратная дифференцированию операция интегрирования записывается как 1/p . В операторной форме исходное дифференциальное уравнение записывается как алгебраическое:

a o p (n) y + a 1 p (n-1) y + ... + a n y = (a o p (n) + a 1 p (n-1) + ... + a n)y = (b o p (m) + b 1 p (m-1) + ... + bm)u

Не надо путать эту форму записи с операционным исчислением хотя бы потому, что здесь используются непосредственно функции времени y(t), u(t) (оригиналы ), а не их изображения Y(p), U(p) , получаемые из оригиналов по формуле преобразования Лапласа. Вместе с тем при нулевых начальных условиях с точностью до обозначений записи действительно очень похожи. Это сходство лежит в природе дифференциальных уравнений. Поэтому некоторые правила операционного исчисления применимы к операторной форме записи уравнения динамики. Так оператор p можно рассматривать в качестве сомножителя без права перестановки, то есть py yp . Его можно выносить за скобки и т.п.

Поэтому уравнение динамики можно записать также в виде:

Дифференциальный оператор W(p) называют передаточной функцией . Она определяет отношение выходной величины звена к входной в каждый момент времени: W(p) = y(t)/u(t) , поэтому ее еще называют динамическим коэффициентом усиления . В установившемся режиме d/dt = 0 , то есть p = 0 , поэтому передаточная функция превращается в коэффициент передачи звенаK = b m /a n .

Знаменатель передаточной функции D(p) = a o p n + a 1 p n - 1 + a 2 p n - 2 + ... + a n называют характеристическим полиномом . Его корни, то есть значения p, при которых знаменатель D(p) обращается в ноль, а W(p) стремится к бесконечности, называются полюсами передаточной функции .

Числитель K(p) = b o p m + b 1 p m - 1 + ... + b m называют операторным коэффициентом передачи . Его корни, при которых K(p) = 0 и W(p) = 0 , называются нулями передаточной функции .

Звено САУ с известной передаточной функцией называется динамическим звеном . Оно изображается прямоугольником, внутри которого записывается выражение передаточной функции. То есть это обычное функциональное звено, функция которого задана математической зависимостью выходной величины от входной в динамическом режиме. Для звена с двумя входами и одним выходом должны быть записаны две передаточные функции по каждому из входов. Передаточная функция является основной характеристикой звена в динамическом режиме, из которой можно получить все остальные характеристики. Она определяется только параметрами системы и не зависит от входных и выходных величин. Например, одним из динамических звеньев является интегратор. Его передаточная функция W и (p) = 1/p . Схема САУ, составленная из динамических звеньев, называется структурной .

Вопросы

Какой режим САУ называется динамическим?
Что называется регулированием?
Назовите возможные виды переходных процессов в САУ. Какие из них являются допустимыми для нормальной работы САУ?
Что называется уравнением динамики? Каков его вид?
Как провести теоретическое исследование динамики САУ?
Что называется линеаризацией?
В чем геометрический смысл линеаризации?
В чем состоит математическое обоснование линеаризации?
Почему уравнение динамики САУ называется уравнением в отклонениях?
Справедлив ли для уравнения динамики САУ принцип суперпозиции? Почему?
Как звено с двумя и более входами представить схемой, состоящей из звеньев с одним входом?
Запишите линеаризованное уравнение динамики в обычной и в операторной формах?
В чем смысл и какими свойствами обладает дифференциальный оператор p?
Что называется передаточной функцией звена?
Запишите линеаризованное уравнение динамики с использованием передаточной функции. Справедлива ли эта запись при ненулевых начальных условиях? Почему?
Напишите выражение для передаточной функции звена по известному линеаризованному уравнению динамики: (0.1p + 1)py(t) = 100u(t).
Что называется динамическим коэффициентом усиления звена?
Что называется характеристическим полиномом звена?
Что называется нулями и полюсами передаточной функции?
Что называется динамическим звеном?
Что называется структурной схемой САУ?
Что называется элементарными и типовыми динамическими звеньями?
Как сложную передаточную функцию разложить на передаточные функции типовых звеньев?

4.1. Эквивалентные преобразования структурных схем

Структурная схема САУ в простейшем случае строится из элементарных динамических звеньев. Но несколько элементарных звеньев могут быть заменены одним звеном со сложной передаточной функцией. Для этого существуют правила эквивалентного преобразования структурных схем. Рассмотрим возможные способы преобразований.

1. Последовательное соединение (рис.28) - выходная величина предшествующего звена подается на вход последующего. При этом можно записать:

y 1 = W 1 y o ; y 2 = W 2 y 1 ; ...; y n = W n y n - 1 = >

y n = W 1 W 2 .....W n .y o = W экв y o ,

где .

То есть цепочка последовательно соединенных звеньев преобразуется в эквивалентное звено с передаточной функцией, равной произведению передаточных функций отдельных звеньев.

2. Параллельно - согласное соединение (рис.29) - на вход каждого звена подается один и тот же сигнал, а выходные сигналы складываются. Тогда:

y = y 1 + y 2 + ... + y n = (W 1 + W 2 + ... + W3)y o = W экв y o ,

где .

То есть цепочка звеньев, соединенных параллельно - согласно, преобразуется в звено с передаточной функцией, равной сумме передаточных функций отдельных звеньев.

3. Параллельно - встречное соединение (рис. 30а) - звено охвачено положительной или отрицательной обратной связью. Участок цепи, по которому сигнал идет в противоположном направлении по отношению к системе в целом (то есть с выхода на вход) называется цепью обратной связи с передаточной функцией W ос . При этом для отрицательной ОС:

y = W п u; y 1 = W ос y; u = y o - y 1 ,

следовательно

y = W п y o - W п y 1 = W п y o - W п W oc y = >

y(1 + W п W oc) = W п y o = > y = W экв y o ,

где .

Аналогично: - для положительной ОС.

Если W oc = 1 , то обратная связь называется единичной (рис.30б), тогда W экв = W п /(1 ± W п).

Замкнутую систему называют одноконтурной , если при ее размыкании в какой либо точке получают цепочку из последовательно соединенных элементов (рис.31а). Участок цепи, состоящий из последовательно соединенных звеньев, соединяющий точку приложения входного сигнала с точкой съема выходного сигнала называетсяпрямой цепью (рис.31б, передаточная функция прямой цепи W п = Wo W 1 W 2) . Цепь из последовательно соединенных звеньев, входящих в замкнутый контур называют разомкнутой цепью (рис.46в, передаточная функция разомкнутой цепи W p = W 1 W 2 W 3 W 4 ). Исходя из приведенных выше способов эквивалентного преобразования структурных схем, одноконтурная система может быть представлена одним звеном с передаточной функцией: W экв = W п /(1 ± W p) - передаточная функция одноконтурной замкнутой системы с отрицательной ОС равна передаточной функции прямой цепи, деленной на единицу плюс передаточная функция разомкнутой цепи. Для положительной ОС в знаменателе знак минус. Если сменить точку снятия выходного сигнала, то меняется вид прямой цепи. Так, если считать выходным сигналy 1 на выходе звена W 1 , то W p = Wo W 1 . Выражение для передаточной функции разомкнутой цепи не зависит от точки снятия выходного сигнала.

Замкнутые системы бывают одноконтурными и многоконтурной (рис.32).Чтобы найти эквивалентную передаточную функцию для данной схемы нужно сначала осуществить преобразование отдельных участков.

Если многоконтурная система имеет перекрещивающиеся связи (рис.33), то для вычисления эквивалентной передаточной функции нужны дополнительные правила:

4. При переносе сумматора через звено по ходу сигнала необходимо добавить звено с передаточной функцией того звена, через которое переносится сумматор. Если сумматор переносится против хода сигнала, то добавляется звено с передаточной функцией, обратной передаточной функции звена, через которое переносим сумматор (рис.34).

Так с выхода системы на рис.34а снимается сигнал

y 2 = (f + y o W 1)W 2 .

Такой же сигнал должен сниматься с выходов систем на рис.34б:

y 2 = fW 2 + y o W 1 W 2 = (f + y o W 1)W 2 ,

и на рис.34в:

y 2 = (f(1/W 1) + y o)W 1 W 2 = (f + y o W 1)W 2 .

При подобных преобразованиях могут возникать неэквивалентные участки линии связи (на рисунках они заштрихованы).

5. При переносе узла через звено по ходу сигнала добавляется звено с передаточной функцией, обратной передаточной функции звена, через которое переносим узел. Если узел переносится против хода сигнала, то добавляется звено с передаточной функцией звена, через которое переносится узел (рис.35). Так с выхода системы на рис.35а снимается сигнал

y 1 = y o W 1 .

Такой же сигнал снимается с выходов рис.35б:

y 1 = y o W 1 W 2 /W 2 = y o W 1

y 1 = y o W 1 .

6. Возможны взаимные перестановки узлов и сумматоров: узлы можно менять местами (рис. 36а); сумматоры тоже можно менять местами (рис.36б); при переносе узла через сумматор необходимо добавить сравнивающий элемент (рис.36в: y = y 1 + f 1 = > y 1 = y - f 1 ) или сумматор (рис.36г: y = y 1 + f 1 ).

Во всех случаях переноса элементов структурной схемы возникают неэквивалентные участки линии связи, поэтому надо быть осторожным в местах съема выходного сигнала.

При эквивалентных преобразованиях одной и той же структурной схемы могут быть получены различные передаточные функции системы по разным входам и выходам. Так на рис.48 имеется два входа: по управляющему воздействию u и возмущению f при одном выходе y . Такая схема может быть преобразована к одному звену с двумя передаточными функциями W uy и W fy .

Вопросы

Перечислите типичные схемы соединения звеньев САУ?
Как преобразовать цепь последовательно соединенных звеньев к одному звену?
Как преобразовать цепь параллельно соединенных звеньев к одному звену?
Как преобразовать обратную связь к одному звену?
Что называется прямой цепью САУ?
Что называется разомкнутой цепью САУ?
Как перенести сумматор через звено по ходу и против движения сигнала?
Как перенести узел через звено по ходу и против движения сигнала?
Как перенести узел через узел по ходу и против движения сигнала?
Как перенести сумматор через сумматор по ходу и против движения сигнала?
Как перенести узел через сумматор и сумматор через узел по ходу и против движения сигнала?
Что называется неэквивалентными участками линий связи в структурных схемах?
Каково назначение САР напряжения генератора постоянного тока?

Дифференцирующее звено

Различают идеальное и реальное дифференцирующие звенья. Уравнение динамики идеального звена: y(t) = , или y = kpu . Здесь выходная величина пропорциональна скорости изменения входной величины. Передаточная функция: W(p) = kp . При k = 1 звено осуществляет чистое дифференцирование W(p) = p . Переходная характеристика:h(t) = k 1’(t) = d(t) .

Идеальное дифференцирующее звено реализовать невозможно, так как величина всплеска выходной величины при подаче на вход единичного ступенчатого воздействия всегда ограничена. На практике используют реальные дифференцирующие звенья, осуществляющие приближенное дифференцирование входного сигнала.

Его уравнение: Tpy + y = kTpu .

Передаточная функция: W(p) = .

При малых Т звено можно рассматривать как идеальное дифференцирующее. Переходную характеристики можно вывести с помощью формулы Хевисайда:

здесь p 1 = - 1/T - корень характеристического уравненияD(p) = Tp + 1 = 0 ; кроме того, D’(p 1) = T .

При подаче на вход единичного ступенчатого воздействия выходная величина оказывается ограничена по величине и растянута во времени (рис.47). По переходной характеристике, имеющей вид экспоненты, можно определить передаточный коэффициентk и постоянную времени Т . Примерами таких звеньев могут являться четырехполюсник из сопротивления и емкости или сопротивления и индуктивности, демпфер и т.п. Дифференцирующие звенья являются главным средством, применяемым для улучшения динамических свойств САУ.

Кроме рассмотренных имеется еще ряд звеньев, на которых подробно останавливаться не будем. К ним можно отнести идеальное форсирующее звено (W(p) = Tp + 1 , практически не реализуемо), реальное форсирующее звено (W(p) = , при T 1 >> T 2 ), запаздывающее звено (W(p) = e - pT ), воспроизводящее входное воздействие с запаздыванием по времени и другие.

Вопросы

Что называется и какие Вы знаете типовые входные воздействия? Для чего они нужны?
Что называется переходной характеристикой?
Что называется импульсной переходной характеристикой?
Что называется временными характеристиками?
Для чего служит формула Хевисайда?
Как получить кривую переходного процесса при сложной форме входного воздействия, если известна переходная характеристика звена?
Что называется безынерционным звеном, его уравнение динамики, передаточная функция, вид переходной характеристики?
Что называется интегрирующим звеном, его уравнение динамики, передаточная функция, вид переходной характеристики?
Что называется апериодическим звеном, его уравнение динамики, передаточная функция, вид переходной характеристики?
Что называется колебательным звеном, его уравнение динамики, передаточная функция, вид переходной характеристики?

ЛАЧХ: L() = 20lgk.

Некоторые ЧХ показаны на рис.50. Звено пропускает все частоты одинаково c увеличением амплитуды в k раз и без сдвига по фазе.

Интегрирующее звено

Передаточная функция:

Рассмотрим частный случай, когда k = 1, то есть

АФЧХ: W(j ) = .

ВЧХ: P() = 0.

Основатель школы административного управления Анри Файоль создал доктрину административного управления, основные положения которой изложил в своей книге «Общее и промышленное управление» (1916 г.).

В этой доктрине представлена система принципов управления (администрирования):

разделение труда (повышает квалификацию и уровень выполнения работы);
(право давать команды и нести ответственность за результаты);
дисциплина (соблюдение рабочими и менеджерами правил и договоренностей, существующих в организации);
единство распорядительства, или единоначалие (выполнение распоряжений только одного руководителя и подотчетность только одному руководителю);
единство руководства или направления (один руководитель и один план для группы людей, действующих для достижения единой );
подчинение индивидуальных интересов общим;
вознаграждение персонала (оплата должна отражать состояние организации и стимулировать работу персонала);
централизация (уровень централизации и децентрализации должен зависеть от ситуации и выбирать его следует так, чтобы он давал наилучшие результаты);
скалярная цепь (четкое построение целевой последовательности команд от руководства к подчиненным);
порядок (каждый должен знать свое место в организации);
справедливость (к рабочим следует относиться справедливо и по-доброму);
стабильность персонала (кадры должны находиться в стабильной ситуации);
инициатива (менеджеры должны стимулировать выдвижение идей подчиненными);
корпоративный дух (следует создавать дух единства и совместных действий, сплачивать коллектив).

Принципы классической системы управления получили развития в современных «школах управления» как основополагающие принципы .

Важное значение в управлении имеют общие принципы управления , которые являются связующим звеном между фундаментальной основой теории управления – законами управления – и управленческой практикой. Общие принципы управления непосредственно вытекают из законов управления и отражают объективную реальность.

Общие принципы управления это правила, которыми руководствуются при управлении объектами различной отраслевой принадлежности или специфики, т.е. они присущи всем системам управления, поэтому называются общими. Эта группа принципов отражает требования, предъявляемые к системам управления и в целом к управленческой деятельности.

К основным из них относятся следующие:

принцип единства политики и экономики;
научность;
системность и комплексность;
принцип единоначалия в управлении и коллегиальность в выработке решений;
принцип централизации и децентрализации;
принцип пропорциональности в управлении;
принцип единства распорядительства в управлении;
принцип экономии времени;
принцип приоритета функций управления над структурой при создании организации и наоборот, приоритет структуры над функциями управления в действующих организациях;
принцип делегирования полномочий;
принцип обратной связи;
принцип экономичности;
принцип эффективности;
принцип мотивации.

Принцип единства политики и экономики.

Экономика является базисом любого государства и общества и подчиняется объективным экономическим законам и закономерностям. Их учет и разумное использование приводит к экономическому росту, а игнорирование или не учет проявляются в экономическом спаде или кризисе. Политика отражает надстройку любого государства и представляет собой концентрированное выражение экономики. Это означает, что при осуществлении хозяйственной деятельности общество не может не учитывать политических последствий тех или иных экономических мер на общественное развитие, на изменения в базисе и надстройке.

Научность .

Этот принцип определяет, что управленческая деятельность, формирование, функционирование, и развитие систем управления должны базироваться на основании данных науки, т.е. объективных законах и закономерностях. Кроме этого, принцип научности предполагает использование имеющегося арсенала современных научных методов познания объектов управления, исследование реальных ситуаций, условий, в которых протекает жизнедеятельность этих объектов. Особенностью этого принципа также является применение в практической деятельности достижений теории и опытных данных научного управления объектами разного рода, т.ч. различной отраслевой принадлежности.

Системность и комплексность .

Принципы системного подхода предусматривают изучение объекта управления и управляющей системы совместно и нераздельно. Системность означает необходимость использования системного анализа и синтеза в каждом управленческом решении. В системе управления неправильное, ошибочное решение можно свести на нет всю деятельность системы, привести к ее разрушению.Комплексность в управлении означает необходимость всестороннего охвата всей управляемой системы, учет всех направлений, всех сторон деятельности, всех свойств.

Принцип единоначалия в управлении и коллегиальности в выработке решений .

Принцип единоначалия исходит из того, что у каждого подчиненного должен быть один непосредственный начальник, отдающий ему распоряжения, приказы, и отчитывается подчиненный только перед ним.Любое принимаемое решение должно разрабатываться коллегиально (коллективно). Это означает всесторонность (комплексность) его разработок и учет мнений многих специалистов по различным вопросам. Принятое коллегиально решение проводится в жизнь под персональную ответственность руководителя организации.

Принцип централизации и децентрализации .

Централизация это когда люди, власть, ответственность, структуры подчиняются одному центру, одному лицу или какому-либо органу управления. Централизация позволяет обеспечить жесткую координацию звеньев в рамках системы управления.

Децентрализация происходит в результате передачи части власти, полномочий и ответственности, а также права принятия решения в пределах своей компетенции на более низкие уровни управления. В результате децентрализации происходит «рассредоточение» власти. Децентрализация способствует структурной гибкости и развитию адаптивных возможностей системы управления.Централизация и децентрализация находятся в единстве и взаимном дополнении друг друга. Не может существовать полностью децентрализованная структура управления, поскольку она потеряет свою целостность. С другой стороны не может существовать и система управления, лишенная полностью децентрализации, - с потерей автономности она свою структурность.

Принцип пропорциональности в управлении .

Данный принцип находит свое отражение в соотносительности управляющей и управляемой частей организации. Ее суть заключается в обеспечении взаимного соответствия между субъектом и объектом управления. Рост и усложнение объекта управления, к примеру, подсистемы производства, ведет к росту и усложнению субъекта управления (управляющей подсистемы).Уровень соответствия субъекта управления объекту управления может быть определен рядом показателей, таких как: соотношение численности управленческого персонала и рабочих; соотношение мощности вспомогательных и обслуживающих подсистем (информационной, математической, технической) потребностям функциональных подразделений) и т.д.Принцип пропорциональности в управлении актуален при нахождении и соблюдении правильного соотношения между коллегиальностью и единоначалием, организацией и самоорганизацией, централизацией и децентрализацией, что составляет круг важнейших задач управления.

Принцип единства распорядительства в управлении .

Рациональная структура управления это структура, в которой установлена четкая персональная закрепленность полномочий распорядительства по каждому конкретному вопросу на каждом уровне и по отношению каждому объекту управления (подразделению или работнику), за конкретным руководителем.Однозначность закрепления полномочий распорядительства обеспечивает четкость функционирования управленческой вертикали. Каждый руководитель имеет полную ясность относительно пределов своей компетенции и действует в соответствии с этими представлениями.

Принцип экономии времени .

Принцип экономии времени требует постоянного уменьшения трудоемкости операций в процессе управления. Это прежде всего относится к информационным операциям по подготовке и реализации решений.

Принцип приоритета функций управления над структурой при создании организации и наоборот, приоритет структур над функциями управления в действующих организациях.

Создание новых систем управления осуществляется для реализации определенного набора целей. Каждая цель реализуется набором задач. Затем эти задачи группируются по общности, для этих групп формируется набор функций, а затем набор производственных и управленческих звеньев и структур.В реально действующих системах управления управленческие функции распределены между производственными и управленческими звеньями и структурами, отлажены взаимосвязи между элементами структуры.В процессе функционирования организации лишние элементы структуры «отмирают», а недостающие постепенно появляются, вместе с ними «отмирают» или появляются новые функции.

Принцип делегирования полномочий .

Принцип делегирования полномочий состоит в передачи руководителем части возложенных на него полномочий, прав и ответственности своим компетентным сотрудникам. Главная практическая ценность принципа состоит в том, что руководитель освобождает свое время от менее сложных повседневных дел и может сконцентрироваться свои усилия на решении задач сложного управленческого уровня.

Принцип обратной связи .

Обратная связь в системах управления – это особая форма устойчивой внутренней связи между субъектом и объектом управления, которая носит информационный характер и является необходимым условием протекания процессов управления, а также имеет целью координацию управленческих действий. Суть принципа обратной связи заключается в том, что любое отклонение системы от её естественного или заданного состояния является источником возникновения в субъекте управления нового движения, направленного на то, чтобы поддержать систему в её заданном состоянии.

Принцип экономичности .

Это требование – правило управленческой деятельности, системы управления, определяющее: управление должно осуществляться с наименьшими затратами ресурсов, однако, не в ущерб его рациональности и результативности. В любом случае их показатели должны соотноситься и оптимально сочетаться. Сопоставление различных вариантов результатов и затрат на управление дает ответ об его экономичности.

Принцип эффективности .

Этот принцип – требование к управленческой деятельности обеспечивать высокую результативность (прибыльность) функционирования объекта управления. Его количественная определенность может выражаться через показатели результативности деятельности объекта управления и дополняться соответствующими синтетическими показателями оценки самой управленческой работы.

Принцип мотивации .

Этот принцип утверждает, что управление может быть высоко результативным только при справедливом стимулировании персонала объекта и субъекта управления. Стимулирование осуществляется в двух основных формах – материальной и морально-психологической, причем они должны гармонично сочетаться между собой при ведущей и определяющей роли материальных факторов мотивации успешной деятельности.

Принципы менеджмента .

Менеджмент это рациональный способ управления деловыми организациями. Главное значение при этом уделяется применению ясных и четких методов сугубо прагматического характера в целях наиболее эффективного использования ресурсов и иных условий, а также возможностей видения бизнеса.Поскольку менеджмент базируется на современной науки и теории управления людьми и делом, система его принципов включает в себя принципы классических школ управления, общие принципы управления и принципы, вырабатываемые современным развитием экономики.К некоторым современным принципам менеджмента относят:

ориентация на потребителя;
ориентация на перспективу развития бизнеса, расширение сферы деятельности;
обостренное чувство ответственности за дела организации;
ориентация на конечные результаты деятельности;
стремление к нововведениям;
ориентация на лидеров;
энтузиазм персонала;
развитие всего лучшего, что есть в людях: умения, способности, желание делать оригинально, профессионально, эффективно, самостоятельно;
опора на общечеловеческие ценности;
высокие стандарты деятельности;
опора объективные законы и реальности рыночных отношений;
решение новых проблем новыми методами;
возрастание роли неформальной организации.
свобода и жесткость одновременно;
постоянный поиск того, в чем можно добиться успеха;
поступки должны быть решительными, но взвешенными;
концентрация своей деятельности на приоритетных программах.

Для рациональной организации процессов существует ряд принципов.

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, 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 одной 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 прикладывается к управляющему органу 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) любой физической природы (электрические, магнитные, механические, оптические и пр.).

Принципы управления. Различают три фундаментальных принципа управления состоянием ОУ: принцип разомкнутого управления, принцип компенсации, принцип обратной связи.

Принцип разомкнутого управления состоит в том, что программа управления жестко задана в ЗУ или внешним воздействием G(t), и управление не учитывает влияние возмущений на параметры процесса. Примеры систем - часы, магнитофон, и т.п.

Принцип компенсации применяется для нейтрализации известных возмущающих воздействий, если они могут искажать состояние объекта управления до недопустимых пределов. При априорно известной связи состояния объекта с возмущающим воздействием значение сигнала u(t) корректируются обратно пропорционально возмущающему воздействию x(t). Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т.п. Достоинство принципа компенсации - быстрота реакции на возмущения. Недостаток - невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

Принцип обратной связи получил наибольшее распространение в технических системах управления, при этом управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Связь выхода ОУ с входом управляющего устройства, выполняющего коррекцию сигнала u(t), называется главной обратной связью (ОС).

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов - быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

Виды систем управления. В зависимости от принципа и закона функционирования управляющего устройства различают основные виды систем: системы стабилизации, программные, следящие и самонастраивающиеся системы, среди которых можно выделить экстремальные, оптимальные и адаптивные системы.

Системы стабилизации обеспечивают неизменное значение управляемой величины при всех видах возмущений, т.е. y(t) = const. В устройстве управления формируется эталонный сигнал, с которым сравнивается выходная величина. УУ, как правило, допускает настройку эталонного сигнала, что позволяет менять по желанию значение выходной величины.

Программные системы обеспечивают изменение управляемой величины в соответствии с программой, задаваемой на входе УУ или формируемой ЗУ. К этому виду систем можно отнести магнитофоны, проигрыватели, станки с ЧПУ, и т.п. Различают системы с временной программой, обеспечивающие y = f(t), и системы с пространственной программой, в которых y = f(x), применяемые там, где на выходе систем важно получить требуемую траекторию в пространстве, например, в автомате сверления отверстий в печатных платах.

Следящие системы отличаются от программных лишь тем, что программа y = f(t) или y = f(x) заранее неизвестна. В качестве УУ выступает устройство, следящее за изменением какого-либо внешнего параметра. Эти изменения и будут определять изменения выходной величины y(t).

Все три рассмотренных вида систем могут быть построены по любому из трех принципов управления (разомкнутого управления, компенсации, обратной связи). Для них характерно требование совпадения выходной величины (состояния системы) с некоторым предписанным значением, которое в любой момент времени определено однозначно.

Самонастраивающиеся системы отличаются активным УУ, определяющим такое значение управляемой величины, которое в каком-то смысле является оптимальным.

Так, в экстремальных системах требуется, чтобы выходная величина всегда принимала экстремальное значение из всех возможных, которое заранее не определено и может изменяться. Для его поиска система выполняет небольшие пробные движения и анализирует реакцию выходной величины на эти пробы, после чего вырабатывается управляющее воздействие, приближающее выходную величину к экстремальному значению. Процесс идет непрерывно и выполняется только с использованием обратной связи.

Оптимальные системы являются более сложным вариантом экстремальных систем. Здесь происходит, как правило, сложная обработка информации о характере изменения выходных величин и возмущений, о характере влияния управляющих воздействий на выходные величины, может быть задействована теоретическая информация, информация эвристического характера и т.п. Поэтому основным отличием экстремальных систем является наличие ЭВМ. Эти системы могут работать в соответствии с любым из трех фундаментальных принципов управления.

В адаптивных системах предусмотрена возможность автоматической перенастройки параметров или изменения принципиальной схемы систем управления с целью приспособления к изменяющимся внешним условиям. В соответствии с этим различают самонастраивающиеся и самоорганизующиеся адаптивные системы.

В технике известны и используются три фундаментальных принципа:

1. принцип разомкнутого управления;

2. принцип компенсации (управление по возмущению);

3. принцип обратной связи (управление по отклонению).

Они могут присутствовать сразу все в одной системе, и тогда управление называется комбинированным, или применяться по отдельности. Рассмотрим каждый принцип управления, как самостоятельный.

Принцип разомкнутого управления. Его сущность состоит в том, что алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного алгоритма функционирования и результаты автоматического управления не корректируются другими факторами – возмущениями или выходными координатами процесса (рис. 26).

Рис. 26. Схема системы разомкнутого управления

Схема на рис. 1. имеет разомкнутый контур, что определило ее название. Близость показателей Х и в разомкнутых системах обеспечивается только конструкцией и подбором физических закономерностей, действующих во всех ее элементах. Несмотря на очевидные недостатки, этот принцип широко используется из-за его простоты (например, системы станков с программным управлением).

Принцип компенсации или управления по возмущению. Возмущающее воздействие может быть таким, что разомкнутая цепь управления не обеспечивает требуемой точности выполнения алгоритма функционирования. Как выход из положения, можно измерять возмущение и вводить коррективы в управление. В результате имеем схему, как показано на рис. 27 (для простоты здесь и далее воздействия изображены обычными стрелками).

Рис. 27. Схема управления по возмущению

В отличие от разомкнутой схемы имеется контур с дополнительным элементом 4 системы, который вырабатывает корректирующее воздействие так, что повышается точность управления. Реализуется принцип инвариантности (независимости) САУ к данному возмущению объекта.

Принцип обратной связи. Регулирование по отклонению. При наличии нескольких возмущений с одинаково сильным влиянием на объект, управление по возмущению становится сложным, поскольку требуется измерение каждого возмущения и соответствующей обработки информации. В таком случае систему создают так, чтобы точность выполнения алгоритма функционирования обеспечивалась без измерения возмущений . Достаточно вносить коррективы в алгоритм управления по фактическому значению выходной координаты в системе (рис. 28).

Рис. 28. Схема управления по замкнутому контуру

В конструкцию системы вводят дополнительную связь 4, в которую входят элементы для измерения Х и для выработки корректирующего воздействия на управляющее устройство. Схема имеет замкнутый вид, что дает основание назвать реализуемый в ней способ принципом управления по замкнутому контуру, причем дополнительная цепь называется цепью обратной связи.

В технике автоматического управления наиболее широко представлен частный вид замкнутых систем, в которых коррекция алгоритма управления осуществляется не по значению координаты Х, а по ее отклонению от значения, определяемого алгоритмом функционирования , т.е. по величине:

Схема, использующая данную разновидность принципа управления с обратной связью, показана на рис.29.

Фундаментальные принципы управления 1. Общие понятия Теория автоматического управления ТАУ появилась во второй половине 19 века сначала как теория регулирования. Это дало начало научным исследованиям в области управления техническими объектами. Поэтому прежнее название âТеория автоматического регулированияâ заменено на более широкое âТеория автоматического управленияâ.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Лекция 1. Фундаментальные принципы управления

1.1. Общие понятия

Управление каким-либо объектом (объект управления будем обозначать ОУ) есть воздействие на него в целях достижения требуемых состояний или процессов. В качестве ОУ может служить самолет, станок, электродвигатель и т.п. Управление объектом с помощью технических средств без участия человека называется автоматическим управлением . Совокупность ОУ и средств автоматического управления называется системой автоматического управления (САУ) .

Основной задачей автоматического управления является поддержание определенного закона изменения одной или нескольких физических величин, характеризующих процессы, протекающие в ОУ, без непосредственного участия человека. Эти величины называются управляемыми величинами . Если в качестве ОУ рассматривается хлебопекарная печь, то управляемой величиной будет температура, которая должна изменяться по заданной программе в соответствии с требованиями технологического процесса.

1.2. Фундаментальные принципы управления

Принято различать три фундаментальных принципа управления: принцип разомкнутого управления, принцип компенсации, принцип обратной связи .

1.2.1. Принцип разомкнутого управления

Рассмотрим САУ хлебопекарной печи (рис.1). Ее принципиальная схема показывает принцип действия данной конкретной САУ, состоящей из конкретных технических устройств. Принципиальные схемы могут быть электрическими, гидравлическими, кинематическими и т.п.

Технология выпечки требует изменения температуры в печи по заданной программе, в частном случае требуется поддержание постоянной температуры. Для этого надо реостатом регулировать напряжение на нагревательном элементе НЭ. Подобная часть ОУ, с помощью которой можно изменять параметры управляемого процесса называется управляющим органом объекта (УО). Это может быть реостат, вентиль, заслонка и т.п.

Часть ОУ, которая преобразует управляемую величину в пропорциональную ей величину, удобную для использования в САУ, называют чувствительным элементом (ЧЭ). Физическую величину 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, электрические мосты, датчики давления, деформации, положения и т.п. В нашем случае это термопара, на выходе которой формируется напряжение, пропорциональное температуре в печи, подаваемое на измерительный прибор ИП для контроля. Физическую величину на входе управляющего органа ОУ называют входной величиной ОУ.

Управляющее воздействие u(t) - это воздействие, прикладываемое к УО объекта с целью поддержания требуемых значений управляемой величины. Оно формируется устройством управления (УУ). Ядром УУ является исполнительный элемент , в качестве которого может использоваться электрические или поршневые двигатели, мембраны, электромагниты и т.п.

Задающим устройством (ЗУ) называется устройство, задающее программу изменения управляющего воздействия, то есть формирующее задающий сигнал u о (t) . В простейшем случае u о (t)=const . ЗУ может быть выполнено в виде отдельного устройства, быть встроенным в УУ или же вообще отсутствовать. В качестве ЗУ может выступать кулачковый механизм, магнитофонная лента, маятник в часах, задающий профиль и т.п. Роль УУ и ЗУ может исполнять человек. Однако это уже не САУ. В нашем примере УУ является кулачковый механизм, перемещающий движок реостата согласно программе, которая задается профилем кулачка.

Рассмотренную САУ можно представить в виде функциональной схемы , элементы которой называются функциональными звеньями . Эти звенья изображаются прямоугольниками, в которых записывается функция преобразования входной величины в выходную (рис.2). Эти величины могут иметь одинаковую или различную природу, например, входное и выходное электрическое напряжение, или электрическое напряжение на входе и скорость механического перемещения на выходе и т.п.

Величина f(t) , подаваемая на второй вход звена, называется возмущением . Она отражает влияние на выходную величину y(t) изменений окружающей среды, нагрузки и т.п.

В общем случае функциональное звено может иметь несколько входов и выходов (рис.3). Здесь u 1 ,u 2 ,...,u n - входные (управляющие) воздействия; f 1 ,f 2 ,...,f m - возмущающие воздействия; y 1 ,y 2 ,...,y k - выходные величины.

Принцип работы функциональных звеньев может быть различным, поэтому функциональная схема не дает представление о принципе действия конкретной САУ, а показывает лишь пути прохождения и способы обработки и преобразования сигналов. Сигнал - это информационное понятие, соответствующее на принципиальной схеме физическим величинам. Пути его прохождения указываются направленными отрезками (рис.4). Точки разветвления сигнала называются узлами . Сигнал определяется лишь формой изменения физической величины, он не имеет ни массы, ни энергии, поэтому в узлах он не делится, и по всем путям от узла идут одинаковые сигналы, равные сигналу, входящему в узел. Суммирование сигналов осуществляется в сумматоре , вычитание - в сравнивающем устройстве .

Рассмотренную САУ хлебопекарной печи можно изобразить функциональной схемой (рис.5). В данной схеме заложен принцип разомкнутого управления , сущность которого состоит в том, что программа управления жестко задана ЗУ; управление не учитывает влияние возмущений на параметры процесса. Примерами систем, работающих по принципу разомкнутого управления, являются часы, магнитофон, компьютер и т.п.

1.2.2. Принцип компенсации

Если возмущающий фактор искажает выходную величину до недопустимых пределов, то применяют принцип компенсации (рис.6, КУ - корректирующее устройство ).

Пусть y о - значение выходной величины, которое требуется обеспечить согласно программе. На самом деле из-за возмущения f на выходе регистрируется значение y . Величина e = y о - y называется отклонением от заданной величины . Если каким-то образом удается измерить величину f , то можно откорректировать управляющее воздействие u на входе ОУ, суммируя сигнал УУ с корректирующим воздействием, пропорциональным возмущению f и компенсирующим его влияние.

Достоинство принципа компенсации : быстрота реакции на возмущения. Он более точен, чем принцип разомкнутого управления. Недостаток : невозможность учета подобным образом всех возможных возмущений.

1.2.3. Принцип обратной связи

Наибольшее распространение в технике получил принцип обратной связи (рис.7). Здесь управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t) . И уже не важно, какие возмущения действуют на ОУ. Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Связь выхода ОУ с его входом называется главной обратной связью (ОС) .

В частном случае (рис.8) ЗУ формирует требуемое значение выходной величины y о (t) , которое сравнивается с действительным значением на выходе САУ y(t) . Отклонение e = y о -y с выхода сравнивающего устройства подается на вход регулятора Р, объединяющего в себе УУ, УО, ЧЭ. Если e0 , то регулятор формирует управляющее воздействие u(t) , действующее до тех пор, пока не обеспечится равенство e = 0 , или y = y о . Так как на регулятор подается разность сигналов, то такая обратная связь называется отрицательной , в отличие от положительной обратной связи , когда сигналы складываются.

Такое управление в функции отклонения называется регулированием , а подобную САУ называют системой автоматического регулирования (САР). Так на рис.9 изображена упрощенная схема САР хлебопекарной печи.

Роль ЗУ здесь выполняет потенциометр, напряжение на котором U з сравнивается с напряжением на термопаре U т . Их разность U через усилитель подается на исполнительный двигатель ИД, регулирующий через редуктор положение движка реостата в цепи НЭ. Наличие усилителя говорит о том, что данная САР является системой непрямого регулирования , так как энергия для функций управления берется от посторонних источников питания, в отличие от систем прямого регулирования , в которых энергия берется непосредственно от ОУ, как, например, в САР уровня воды в баке (рис.10).

Недостатком принципа обратной связи является инерционность системы. Поэтому часто применяют комбинацию данного принципа с принципом компенсации , что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение принципа компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений принципа обратной связи.

Вопросы

Что называется управлением?
Что называется автоматическим управлением?
Что называется системой автоматического управления?
Что является основной задачей автоматического управления?
Что называется объектом управления?
Что называется управляемой величиной?
Что называется управляющим органом?
Что называется чувствительным элементом?
Что такое входная и выходная величины?
Что называется управляющим воздействием?
Что называется возмущением?
Что называется отклонением от заданной величины?
Что называется управляющим устройством?
Что называется задающим устройством?
Что называется функциональной схемой и из чего она состоит?
В чем отличие сигнала от физической величины?
В чем суть принципа разомкнутого управления?
В чем суть принципа компенсации?
В чем суть принципа обратной связи?
Перечислите достоинства и недостатки принципов управления?
Какой частный случай управления называется регулированием?
В чем отличие систем прямого и непрямого регулирования?

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
19439.		Фундаментальные законы природы и основные понятия экологии	32.6 KB
	Закон сохранения энергии. Закон сохранения энергии В процессе развития физики как естественной науки выявился целый ряд противоречий между причинно-следственными связями в различных явлениях материального мира. Наиболее фундаментальным и разработанным законом природы является закон сохранения и превращения энергии. Закон сохранения энергии свидетельствует о неуничтожимости движения и материи существовании взаимных превращений между видами энергии и движения невозможности создания чего-либо из ничего.
5914.		Принципы управления объектами	393.71 KB
	Это уравнение преобразуем по Лапласу при нулевых начальных условиях полагая систему линейной: 1 Уравнение объекта регулирования с одной регулируемой функцией при воздействии на него возмущения имеет вид 2 Подставив 1 в 2 получим закон функционирования системы: или Отсюда...
13003.		Принципы и функции управления	48.82 KB
	В данной работе я рассмотрю принципы и функции управления, так как считаю что это первый шаг к любому управлению, будь то большое производство или малый бизнес, на основных постулатах строится дальнейший процесс управления. Как показывает мировой опыт, принципы и функции относятся к числу важнейших категорий управления. Под ними понимают основные представления об управленческой деятельности, фундаментальные идеи, непосредственно вытекающие из законов и закономерностей управления.
13469.		Сущность менеджмента. Принципы и модели управления	88.4 KB
	Принципы и модели управления Современный менеджмент. В настоящее время менеджмент рассматривают как тип управления в наибольшей степени отвечающий потребностям и условиям рыночной экономики хотя данный тип управления не является наилучшим максимально эффективным в любых условиях. Его можно рассматривать по крайней мере в трех аспектах как науку и искусство управления организациями как вид деятельности и процесс принятия управленческих решений в организациях и как аппарат управления организациями. Менеджмент как наука и искусство...
7951.		Принципы управления городом. Задачи менеджмента	8.04 KB
	Принципы управления городом. Задачи менеджмента Основная цель управления экономикой города обеспечение комплексного развития муниципального образования. Одним из инструментов достижения целей муниципального управления экономикой является прогнозирование и оценка программ местного экономического развития. Эта сфера составляет неотъемлемую часть сложного управления городом и при наличии информационнотехнических средств в Администрации города обеспечивает эффективную поддержку выработки решения и его осуществления.
2018.		Принципы обеспечения и управления качеством товаров и услуг	14.82 KB
	Среди принципов обеспечения качества можно выделить три их основных группы. Стабильное обеспечение качества продукции зависит от множества факторов которые можно разделить на две основные группы: частные и общие. факторы которые подразумевают уровень развития производства средства и системы контроля качества социальная и экономическая целесообразность и эффективность производства материальная и личная заинтересованность и пр. Устойчивого совершенствования качества продукции нельзя добиться путем проведения отдельных и даже...
16608.		Принципы динамического моделирования бизнес-процессов управления проектом	2.28 MB
	Принципы динамического моделирования бизнес-процессов управления проектом конспект доклада Современные проекты характеризуются большим количеством ограничений и критериев касающихся сроков качества имеющихся ресурсов и прочих аспектов. В том или ином виде данная область присутствует во всех основных методологиях управления проектами на основе анализа которых можно выделить следующие общие принципы: Интеграционная задача решается в общем виде за счёт универсальной модели бизнес-процессов что не является вполне корректным в...
1246.			479.21 KB
	Цель государственного управления это тот конечный или конкретный промежуточный пункт на пути достижения определенного состояния общества или его подсистемы в соответствии с запрограммированными перспективами его развития. Однако цели государственного управления отражает их горизонтальный срез и не дает четкого представления об их субординации. Идея представить систему целей государственного управления в виде древа уходящего корнями в социальную почву социум родилась довольно давно. Предмет особенности целеполагания и формирования...
16130.		Основные принципы социального управления взаимодействием системы высшего профессионального образования и рынка труда	10.36 KB
	Основные принципы социального управления взаимодействием системы высшего профессионального образования и рынка труда В настоящее время социальное управление взаимодействием системы высшего профессионального образования и рынка труда характеризуется сохраняющимся влиянием старой управленческой парадигмы с одной стороны и начинающим свое формирование новой системы управления с другой. Это порождает определенные противоречия в реализации рациональной и своевременной модели управления на практике замедляя процесс модернизации образования и...
7979.		Сущностная основа управления персоналом: цель, задачи, функции, принципы, механизм, процесс, субъекты и объекты	20.03 KB
	Сущностная основа управления персоналом: цель задачи функции принципы механизм процесс субъекты и объекты ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРСОНАЛОМ Непосредственно на основе трудовой деятельности человека осуществляются определенные технические технологические организационные процессы производства. На основании чего можно утверждать что персонал организации и управление персоналом является ключевым звеном в общей системе менеджмента. Управление персоналом УП это специфическая функция управленческой деятельности главным объектом которой...