Устойчивость цифровых систем управления. Уровни управления предприятием, Сегментация контуров управления

БИЛЕТ № 3

1. Устойчивость цифровых систем управления

2. Уровни управления предприятием. Сегментация контуров управления

1

Для оценки устойчивости цифровых СУ используются те же критерии, что и для непрерывных СУ.

Критерий Рауса-Гурвица.

Для устойчивости непрерывных СУ нужно, чтобы полюса ПФ замкнутой СУ (корни характеристического уравнения 1 - W_р.с(s) = 0) находились в левой полуплоскости комплексной плоскости.  Для определения устойчивости дискретных СУ используют уравнение 1 - W_р.с(z) = 0. Необходимо и достаточно, чтобы все корни уравнения по модулю были меньше 1, т.е. находились на комплексной плоскости z внутри круга  единичного радиуса с центром в начале координат.

Чтобы пользоваться обычными критериями устойчивости Рауса-Гурвица нужно сделать подстановку в характеристическое уравнение z = ( w + 1)/( w - 1) .

Критерий Михайлова. 

В характеристическом полиноме F(z) делают замену z = exp ( jt_sw), получают характеристический вектор СУ

Дискретная СУ устойчива,  если годограф характеристического вектора, начинающегося на вещественной положительной полуоси при изменении w  от  w = 0   до   w = p/t_s , совершает поворот против часовой стрелки на угол np, проходя последовательно 2n квадрантов комплексной плоскости.

Критерий Найквиста. 

Если отрицательная АФХ разомкнутой дискретной СУ при изменении частоты w  от  w = –p/t_s   до  w = p/t_s  не охватывает точки (–1,  j0) , то СУ, устойчивая в разомкнутом состоянии, сохранит свою устойчивость и после замыкания ее обратной связью.

Если Z-характеристическое уравнение  разомкнутой СУ имеет один корень, равный 1, то для оценки устойчивости по критерию Найквиста необходимо АФХ  при частоте w = 0   дополнить дугой бесконечно большого радиуса. 

Если дискретная СУ не устойчива в разомкнутом состоянии, то для ее устойчивости в замкнутом состоянии необходимо и достаточно, чтобы  отрицательная АФХ разомкнутой СУ при изменении частоты от w = –p/t_s   до  w = p/t_s  k раз охватывала  точку  –1,  j0 ( где k - число корней характеристического уравнения  разомкнутой СУ, расположенных вне окружности единичного радиуса).

2

Уровни управления: Управление ресурсами предприятия (ERP, MRP), оперативное управление производством (MES), управление технологическим производством (SCADA / АСУТП),включая: непрерывное производство, серийное производство, дискретное производство.

Также есть уровни DSS, OLAP (оперативная аналитическая обработка данных).

Виды интегрированных информационных систем управления - класса ERP, MRP, MRP II. 

Системы ERP (Enterprise Resource Planning) планируют ресурсы предприятия.

Компоненты ИСУП класса MRP: планирование производственных мощностей CRP (Capacity Resources Planning), цепочки поставок SCM (Supply Chain Management), управление взаимоотношениями с клиентами CRM (Customer Relationship Management)

Системы MRP II - развитие систем MRP, они используются для эффективного планирования всех ресурсов производственного предприятия и включают: планирование бизнеса, планирование производства, формирование основного производственного плана-графика, MRP. Между ERP и MRP II-системами и АСУТП есть разрыв с неохваченными функциями управления. Для эффективного управления производством нужно обеспечить качество выбранных средств измерения и управления, производственной информации, адекватность системы управления, качество управленческих решений.

Такой подход актуален для производственного уровня, т.к. здесь можно получить информацию для принятия управленческих решений. Показатели качества этой информации - оперативность и объективность.

ERP-системы ограничиваются стратегическим планированием и не обеспечивают оперативного управления производством, поэтому есть функциональный разрыв между уровнем ERP и уровнем АСУ ТП. Для заполнения этого разрыва созданы производственные исполнительные системы (MES - Manufacturing Execution Systems).

MES - это автоматизированная исполнительная система производственного уровня с возможностями, дополняющими функции ERP-систем. MES-системы поддерживают всю производственную деятельность предприятия в режиме реального времени. Быстрый отклик на изменение условий эффективно управляет производственными операциями и процессами. MES-системы формируют данные о текущих производственных показателях, необходимые для функционирования ERP-систем.

MES-система - это связующее звено между ERP-системами и оперативной производственной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка, производственной линии. Всего уровней управления три.

– верхний уровень управления предприятием (административно-хозяйственный) решает стратегические задачи, ERP-система управляет ресурсами в масштабе предприятия в целом.

– средний уровень (производственный) решает задачи оперативного управления процессом производства, MES-система обеспечивает эффективное использование ресурсов, оптимальное исполнение плановых заданий на уровне участка, цеха, предприятия,

–  низшие уровни решают задачи управления технологическими процессами.

Сегментация контуров управления предприятием

Части функций управления передается от систем ERP в MES-системы на производственный уровень и происходит сегментация контуров управления предприятием в целом. Каждый контур управления характеризуется своим уровнем интенсивности информации, масштабом времени и набором функций

– технологический контур - самый интенсивный по объему информации и самый жесткий по времени реакции (секунды и миллисекунды).

В верхнем уровне  (в SCADA-системах) накапливаются и обрабатываются технологические параметры и создается информационная база исходных данных для MES-уровня.

– оперативно-производственный контур управления уровня MES использует обработанную информацию от АСУ ТП  и от других служб производства (снабжения, технической поддержки и т.д.). Интенсивность информационных потоков ниже и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность и т.д.).

– стратегический контур уровня ERP обеспечивает поддержку бизнес-процессов предприятия в целом и  не занят решением оперативных задач производства. Поток информации от производственного блока становится минимальным и включает в себя управляющую и отчетную информацию по стандартам ERP с типовыми временами контроля (декада, месяц, квартал), тревожные сигналы.