Главная | Обратная связь

Классификация методов и систем управления технологическими процессами (ТП)

Одной из характерных черт современной научной и технической деятельности является представление исследуемых и проектируемых объектов как систем.

Система – это не сумма элементов, а целостное образование с новыми свойствами, которыми не обладают ее элементы.

Изучение поведения системы и ее элементов осуществляется с помощью моделей. Моделью называется отображение определенных характеристик объекта с целью его изучения. Любая исследовательская или проектная деятельность связана с построением моделей. Модель позволяет отобразить только часть свойств реального объекта, наиболее существенных с точки зрения решаемой задачи. Центральной проблемой моделирования является выбор степени подобия модели и объекта.

Объекты, в которых протекает управляемый процесс, называют объектами управления. Это разнообразные технические устройства и комплексы, технологические и производственные процессы. Состояние объекта можно характеризовать одной или несколькими физическими величинами, называемыми управляемыми или регулируемыми переменными. Для технического устройства, например, электрического генератора, регулируемой переменной, может быть напряжение на его выходных клеммах. Для производственного участка или цеха – объем выпускаемой продукции.

Как правило, к объектам правления (ОУ) приложены два вида воздействий: управляющие r(t) и возмущающие f(t). Изменение регулируемой величины x(t) обуславливается как управляющим r(t), так и возмущающим воздействием f(t) или помехой.

Возмущающим называется такое воздействие, которое нарушает требуемую функциональную связь между регулируемыми и управляемыми переменными и управляющим воздействием r(t). Если возмущение характеризуется действием внешней среды на ОУ, то оно называется внешним. Если это воздействие возникает внутри ОУ за счет протекания нежелательных, но неизбежно протекающих процессов при его нормальном функционировании, то такие возмущения называют внутренними.

Воздействия, прикладываемые к ОУ с целью изменения управляемой величины в соответствии с требуемым законом, а также для компенсации влияния возмущений на характер изменения управляемой величины, называю управляющими.

Основная цель автоматического управления любым объектом или процессом состоит в том, чтобы непрерывно поддерживать с заданной точностью требуемую функциональную зависимость между управляемыми переменными, характеризующими состояние ОУ и управляющими воздействиями в условиях взаимодействия объекта с внешней средой, т.е. при наличии как внутренних, так и внешних возмущающих воздействий. Математическое выражение этой функциональной зависимости называется алгоритмом управления.

Модели могут быть физическими и абстрактными. Физические – реализуются в виде макетов, а в абстрактных моделях для описания объектов используются те или иные языки. Описание объекта на математическом языке называется математической моделью. Одно из форм описания системы – это модель в виде графа, вершины которого – элементы системы, а дуги – связи между ними.

Системы управления (СУ) представляют собой особый класс систем, различающихся наличием самостоятельных функций и заданных целей управления, а также высоким уровнем специальной системной организации, необходимыми для реализации этих функций и целей. Любая СУ является взаимосвязанной совокупностью ОУ (управляемой подсистемы) и регулятора (управляющей подсистемой).

Управление – это процесс, развивающийся во времени, поэтому СУ и являются динамическими системами. Переход СУ из одного состояния в другое не может совершаться мгновенно, а требует некоторого времени. Процесс управления с обратной связью можно разбить на совокупность следующих этапов, реализуемых во времени:

- определение программы управления (планирование);

- оценка состояния объекта и отклонение его от заданной программы (контроль);

- определение управления (принятие решения или формирование управления);

- непосредственное физическое воздействие на объект, приводящее его в желаемое состояние (реализация управления или исполнения).

По степени определенности СУ могут быть детерминированными и стохастическими. В детерминированных системах каждое последующее состояние системы может быть определено по предыдущему и некоторой дополнительной информации. В стохастических системах на основе предыдущего состояния можно предсказывать лишь множество возможных последующих состояний и определить вероятность каждого из них.

В зависимости от степени автоматизации функций управления различают автоматизированные и автоматические СУ. В автоматизированных процесс управления осуществляется частично человеком, а частично автоматическими устройствами. В автоматических – процесс управления реализуется без непосредственного участия человека.