Понятие об управлении и системах управления. Информация и принципы управления. Цели системы управления и качества процессов достижения цели, страница 4

Система реализует принцип обратной связи. Элементы системы – направленного действия (входы изменяют выходы, а выходы не изменяют входы).

Система управления (СУ) - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, способных к достижению цели.

Принципиальная схема является первым уровнем абстракции (обобщения), необходимой для создания теории. Второй уровень абстракции – структурная схема.

 

Рис. 1.3. Функциональная схема СУ.

1.2  Поведение объектов и систем управления.

В теории управления прежде всего интересуются изменением состояния объекта во времени, т.е. процессами, протекающими во времени.

 Продолжение примера с судовождением:

Пусть мы имеем возмущение , заданное графиком (порыв ветра):

 

Рис. 1.4. Воздействие и реакция «объекта без самовыравнивания»

После исчезновения возмущения судно не возвращается на прежний курс.

Такое поведение отвечает объектам с интегрирующими свойствами. Они нейтральны в смысле устойчивости.

Введём управление в эту систему:

 

 Пример теплового объекта (утюг):

 

 Пример механического объекта (перевёрнутый маятник):

 

Перевёрнутый маятник - объект с неустойчивым верхним положением равновесия.  

Важнейшие свойства объектов:

1.  Устойчивость – важнейшее свойство объектов.

2.  Инвариантность (независимость, либо слабая зависимость) к возмущениям.

3.  Чувствительность – характеризует степень зависимости динамики объекта или системы от изменения параметров

1.3  Информация и принципы управления.

Управление не возможно без информации о:

•  Цели управления.

•  Возмущениях среды.

•  Состояния объекта.

•  Свойствах объекта.

Эта информация известна априори (изначально), либо апостериори (в процессе, текущая информация).

1.3.1  Разомкнутое управление.

 

Рис. 1.5. Схема разомкнутого управления. где f – воздействие; U – вход; y – выход

Цель управления: поддержать какую-то константу на выходе , компенсируя воздействие f.

Пусть  

 

Рис. 1.6. Статическая характеристика ОУ.

Для достижения цели решаем уравнение  относительно . При этом возникают проблемы: неединственность решения (случай 1), отсутствие решений (случай 3), из-за чувствительности могут возникнуть проблемы, когда требуется единственность и т.д.

При  – принцип компенсации возмущений:

 

где К - компенсатор

Недостаток принципа разумного управления в трудности получения информации о всех возмущениях. Кроме того, объект должен быть устойчив.

1.3.2  Принцип обратной связи (замкнутого управления)

Возмущения неизвестны. Управление осуществляется не по причине, а по следствию.

 

где e – следствие возмущений

Недостаток обратной связи – запаздывание, из-за чего не возможна полная инвариантность.

Достоинства обратной связи:

1.  Обратная связь ослабляет возмущения о которых нет информации (может быть не знаем даже всех возмущений).

2.  Обратная связь является единственным средством стабилизации неустойчивых объектов.

3.  Обратная связь ослабляет т.н. параметрические возмущения, т.е. изменения характеристик объектов.

1.3.3  Адаптивное управление.

Адаптивное управление применяется при значительных изменениях характеристик объектов.

 

1.4  Способы кодирования информации в системах управления.

Сигнал – физический носитель информации.

Виды сигналов:

1.  Аналоговые – сигнал кодируется уровнями сигналов, которые являются непрерывными функциями времени.

2.  Импульсные – сигнал кодируется параметрами (длина, ширина, высота) импульсов определённой формы.

•  Амплитудно-импульсная модуляция.

•  Широтно-импульсная модуляция

3.  Релейные.

4.  Цифровые.

 

Рис. 1.7. Примеры сигналов.

1.5  Типовые алгоритмы принятия решений.

Рассмотрим систему управления:

 

где ЭС – элемент сравнения