 |
|
Понятие системы управления
В в е д е н и е
На данном этапе языки применяются для решения задач с использованием известных методов алгоритмизации, которые рассматриваются как средство развития логического мышления и получения начальных знаний об этих языках.
Более сложным этапом обучения считается моделирование явлений, процессов и систем, в частности, динамических систем управления объектами. Кроме специальных знаний, этот этап требует дополнительных сведений о языке и операционной системе, об организации программ для моделирования в относительном (машинном) и реальном времени, методах программирования таймера, линий задержек, узлов и блоков систем управления.
Вся совокупность вопросов по цифровому моделированию не может быть рассмотрена в данной разработке. В силу ограниченности вопросов вторая часть может рассматриваться только как введение в математическое моделирование систем управления.
Для закрепления знаний, полученных на первом этапе обучения, при моделировании узлов, блоков и структурных схем систем управления рекомендуется использовать ТУРБО-ПАСКАЛЬ.
Метод моделирования, основанный на использовании разностных уравнений в рекуррентном виде, не требует от студентов дополнительных специальных знаний и является несложным для усвоения студентами. Решение разностных уравнений является приближенным решением дифференциальных уравнений с довольно высокой степенью точности. Этот метод позволяет моделировать и исследовать любые сложные структуры систем управления без знания специальных пакетов программ для моделирования. В процессе моделирования студенты получают навыки разработки значительных по объему программ на языке ТУРБО-ПАСКАЛЬ.
ВВЕДЕНИЕ В МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Понятие системы управления
Системы управления (регулирования) используются в различных областях народного хозяйства: в энергетике, металлургии, химии, машиностроении и других областях, включая сельское хозяйство, а также бытовую аппаратуру. Роботы, робототехнические системы и комплексы вообще немыслимы без систем управления.
Системой управления называется система, которая служит для обеспечения требуемой функциональной связи между вектором (сигналом) управления 
и вектором (сигналом) состояния объекта (процесса) 
посредством их сравнения. Любая система управления (регулирования) состоит из трех основных частей: управляющего блока (регулятора), объекта управления (процесса) и сравнивающего (чувствительного) элемента. На рис. 1.1. показана простая одноконтурная система управления, где ЗД – задатчик; СЭ – сравнивающий элемент; Р – регулятор (управляющий блок); объект регулирования (управления); 
− задающее воздействие; 
− ошибка регулирования; 
− регулирующее воздействие; 
− выходная регулируемая величина; 
− сигнал главной (отрицательной) обратной связи; 
и 
− внешние возмущения.
Рис. 1.1. Структурная схема системы управления
В исходном состоянии 
и ошибка регулирования 
(с учетом зоны нечувствительности регулятора). При изменении выходной величины 
на 
, на входе регулятора 
изменяется на величину 
(так как 
). Регулятор отрабатывает возникшее рассогласование и возвращает выходное значение в заданное 
.
Согласно ГОСТу такие системы (без участия человека) называются автоматическими системами регулирования (управления) — АСР и АСУ, а с участием оператора - автоматизированными.
АСР и АСУ могут быть аналоговыми, цифровыми и гибридными. В настоящее время для управления технологическими процессами широко используются микропроцессорные системы управления. Однако на действующих предприятиях большинство составляют электронные аналоговые АСР, которые еще длительное время будут оставаться в качестве основных систем. В большинстве случаев такие системы уже не справляются с задачами качественного ведения технологических процессов, требования к которым значительно возросли. Что касается робототехнических систем управления, то, несмотря на то, что они строятся на базе микропроцессорной техники, алгоритмы управления являются примитивными, когда речь идет о программируемых роботах 1-го и 2-го поколений.
Большинство технологических объектов работают в условиях внутренних и внешних возмущений. Особенно трудным становится управление при изменении нагрузки, когда процесс претерпевает сильные изменения. В таких условиях параметры регулятора должны подстраиваться, то есть оптимизироваться с целью получения высококачественного управления (точность и быстродействие при технологических ограничениях).
Наилучшим выходом из таких ситуаций является разработка и внедрение таких систем, которые способны сами определять, как и каким образом изменяются параметры объекта (производить количественную и качественную оценку параметров), и производить самонастройку параметров регулятора (блока управления) в соответствии с заданным критерием качества. Таким образом, речь идет о создании приспосабливающихся АСР (АСУ), которые принято называть адаптивными и адаптивными оптимальными.
Проблемы адаптации
При создании адаптивных АСР необходимо выбрать или разработать:
- критерий параметрической оптимизации;
- математическую модель объекта (процесса);
- структуру системы (вопросы оптимизации структуры);
- метод расчета параметров в различных условиях работы;
- методы идентификации объекта и адаптивной подстройки;
- контролируемую функцию качества работы системы;
- метод оценивания входной информации (или способ цифровой фильтрации);
- программное обеспечение системы.
Решение каждой из перечисленных задач требует проведения численных экспериментов и исследований путем моделирования. Для проведения цифрового моделирования необходимо знать хотя бы один из методов и уметь запрограммировать модель системы на каком - либо языке.
Обращаем внимание! Чтобы овладеть одной из методик программирования структур, которая излагается в данной разработке, необязательно знать сущность вышеперечисленных задач, так как методика излагается применительно к простой одноконтурной АСР, показанной на рис. 1.1. Освоив методику программирования, изучив теорию автоматического управления и специальные предметы, студент в дальнейшем сможет перейти к самостоятельному решению проблемных задач адаптации систем управления.