Теория автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

На тему: "Теория автоматического управления"



Содержание

Введение

1. История

2. Основные понятия

3. Функциональные схемы

4. Принципы управления системы

5. Классификация системы автоматического управления

6. Интеллектуальные системы управления

Заключение

Список источников



Введение

Теория автоматического управления (ТАУ) -- научная дисциплина, которая изучает процессы автоматического управления объектами разной физической природы. При этом при помощи математических средств выявляются свойства систем автоматического управления и разрабатываются рекомендации по их проектированию.

Является составной частью технической кибернетики и предназначена для разработки общих принципов автоматического управления, а также методов анализа (исследования функционирования) и синтеза (выбора параметров) систем автоматического управления (САУ) техническими объектами.

Так же составляет базовую основу кибернетики как науки об управлении. Классическая ТАУ решает задачи оптимизации и адаптации для малых отклонений параметров разрешенных режимов работы системы управления.

Предметом современной ТАУ применительно к сложным объектам управления является оптимизация в целом. В этом смысле современная ТАУ это совокупность методов и средств интеллектуального управления. При этом характерной чертой соответствующих методов и средств ТАУ является максимальная эффективность использования возможностей объекта управления, посредством многокритериальной оптимизации основных процессов.

Цель данной контрольной работы заключается в изучении теории автоматического управления и рассмотрении принципов управления системы.



1. История

Впервые сведения об автоматах появились в начале нашей эры в работах Герона Александрийского «Пневматика» и «Механика», где описаны автоматы, созданные самим Героном и его учителем Ктесибием: пневмоавтомат для открытия дверей храма, водяной орган, автомат для продажи святой воды и д.р. Идеи Герона значительно опередили свой век и не нашли применения в его эпоху.

В Средние века значительное развитие получила имитационная «андроидная» механика, когда конструкторы-механики создали ряд автоматов, подражающих отдельным действиям человека, и, чтобы усилить впечатление, изобретатели придавали автоматам внешнее сходство с человеком и называли их «андроидами», то есть человекоподобными. В настоящее время подобные устройства называют роботами, в отличие от широко распространенных во всех сферах человеческой деятельности устройств автоматического управления, которые называют автоматами.

В XIII веке немецкий философ-схоласт и алхимик Альберт фон Больштадт построил робота для открывания и закрывания дверей.

Весьма интересные андроиды были созданы в XVII--XVIII веках. В XVIII веке швейцарские часовщики Пьер Дро и его сын Анри создали механического писца, механического художника и др. Прекрасный театр автоматов был создан в XVIII в. русским механиком-самоучкой Кулибиным. Его театр, хранящийся в Эрмитаже, помещен в «часах яичной фигуры».

В зачаточном виде многие положения теории автоматического управления содержатся в Общей теории (линейных) регуляторов, которая была разработана, в основном, в 1868--1876 годы в работах Максвелла и Вышнеградского. Основополагающими трудами Вышнеградского являются: «Об общей теории регуляторов», « О регуляторах непрямого действия». В этих работах можно найти истоки современных инженерных методов исследования устойчивости и качества регулирования.

Решающее влияние на развитие отечественной методологии исследований теории автоматического управления сыграли работы выдающегося советского математика Андрея Маркова (младшего), основоположника советской конструктивистской школы математики, автора работ по теории алгоритмов и математической логике. Эти исследования нашли применение в научной и практической деятельности академика Лебедева по военной тематике -- автоматах управления торпедами и наведения орудий и устойчивости крупных энергосистем.

К началу XX века и в первом его десятилетии теория автоматического управления формируется как общенаучная дисциплина с рядом прикладных разделов.

2. Основные понятия

Автоматика -- отрасль науки и техники, охватывающая теорию и практику автоматического управления, а также принципы построения автоматических систем и образующих их технических средств.

Объект управления -- устройство, физический процесс либо совокупность процессов, которыми необходимо управлять для получения требуемого результата. Взаимодействие с ОУ происходит путём подачи на его условный вход управляющего воздействия (которое корректирует процессы протекающие в ОУ), при этом на выходе получается изменённый параметр (который является процессом-следствием).

Управление -- процесс подаваемый на вход объекта управления, обеспечивающий такое протекание процессов в объекте управления, которое обеспечит достижение заданной цели управления на его выходе.

Цель -- желаемое протекание процессов в объекте управления и получение нужного изменения параметра на его выходе.

Объекты:

· управляемые

· неуправляемые

Система автоматического управления (САУ) включает в себя объект управления и устройство управления.

Устройство управления -- совокупность устройств, с помощью которых осуществляется управление входами объекта управления.

Регулирование -- частный случай управления, цель которого заключается в поддержании на заданном уровне одного или нескольких выходов объекта управления.

Регулятор -- преобразует ошибку регулирования е(t) в управляющее воздействие, поступающее на объект управления.

Задающее воздействие g(t) -- определяет требуемый закон регулирования выходной величины.

Ошибка регулирования е(t) = g(t) -- y(t), разность между требуемым значением регулируемой величины и текущим её значением. Если е(t) отлична от нуля, то этот сигнал поступает на вход регулятора, который формирует такое регулирующее воздействие, чтобы в итоге с течением времени е(t) = 0.

Возмущающее воздействие f(t) -- процесс на входе объекта управления, являющийся помехой управлению.

Системы автоматического управления:

· Разомкнутые:

· система программного управления. УУ выдает управляющее воздействие, не получая информации о состоянии системы на основании каких-либо признаков, временной программы (простота и повышенная надежность, невысокое качество управления);

· СУ по возмущению. УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе информации по величине возмущающего воздействию на систему.

· Замкнутые: УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе измеренной информации по состоянию объекта по выбранному параметру.

· Комбинированная система: УУ вырабатывает управляющее воздействие на основе информации о параметрах объекта и на основе информации возмущающего воздействия.

3. Функциональные схемы

Функциональная схема элемента -- схема системы автоматического регулирования и управления, составленная по функции, которую выполняет данный элемент.

Выходные сигналы -- параметры, характеризующие состояние объекта управления и существенные для процесса управления.

Выходы системы -- точки системы, в которых выходные сигналы могут наблюдаться в виде определенных физических величин.

Входы системы -- точки системы, в которых приложены внешние воздействия.

Входные сигналы:

· помехи -- сигналы, не связанные с источниками информации о задачах и результатах управления.

· полезные -- сигналы, связанные с источниками информации о задачах и результатах управления.

Системы:

· одномерные -- системы с одним входом и одним выходом.

· многомерные -- системы с несколькими входами и выходами.

имитационный механика автоматический управление



Рисунок 1 Схема системы автоматического регулирования и управления

4. Принципы управления системы

Обратная связь -- связь, при которой на вход регулятора подаётся действительное значение выходной переменной, а также заданное значение регулируемой переменной.

· жёсткая -- такая ОС, при которой на вход регулятора поступает сигнал, пропорциональный выходному сигналу объекта в любой момент времени.

· гибкая -- такая ОС, при которой на вход регулятора поступает не только сигнал, пропорциональный выходному сигналу объекта, но и сигнал, пропорциональный производным выходной переменной.

Управление по принципу отклонения управляемой переменной -- обратная связь образует замкнутый контур. На управляемый объект подаётся воздействие, пропорциональное сумме (разности) между выходной переменной и заданным значением, так, чтобы эта сумма (разность) уменьшалась.

Управление по принципу компенсации возмущений -- на вход регулятора попадает сигнал, пропорциональный возмущающему воздействию. Отсутствует зависимость между управляющим воздействием и результатом этого действия на объект.

Управление по принципу комбинированного регулирования -- используется одновременно регулирование по возмущению и по отклонению, что обеспечивает наиболее высокую точность управления.

Рисунок 2 Принцип отклонения управляемой переменной в ТАУ

Рисунок 3 Принцип компенсации возмущений в ТАУ

Рисунок 4 Принцип комбинированного регулирования в ТАУ

5. Классификация системы автоматического управления

По характеру управления:

· системы управления

· системы регулирования

По характеру действия:

· системы непрерывного действия

· системы дискретного действия

По степени использования информации о состоянии объекта управления:

· управление с ОС

· управление без ОС

По степени использования информации о параметрах и структуре объекта управления:

· адаптивный

· неадаптивный

· поисковый

· беспоисковый

· с идентификацией

· с переменной структурой

По степени преобразования координат в САУ:

· детерминированный

· стохастический (со случайными воздействиями)

По виду математической модели преобразования координат:

· линейные

· нелинейные (релейные, логические и др.)

По виду управляющих воздействий:

· аналоговые

· дискретные (прерывные, импульсные, цифровые)

По степени участия человека:

· ручные

· автоматические

· автоматизированные (человек в управлении)

По закону изменения выходной переменной:

· стабилизирующая: предписанное значение выходной переменной является неизменным.

· программная: выходная переменная изменяется по определённой, заранее заданной программе.

· следящая: предписанное значение выходной переменной зависит от значения неизвестной заранее переменной на входе автоматической системы.

По количеству управляемых и регулируемых переменных:

· одномерные

· многомерные

По степени самонастройки, адаптации, оптимизации и интеллектуальности:

· экстремальные

· самонастраивающиеся

· интеллектуальные

По воздействию чувствительного (измерительного) элемента на регулирующий орган:

· системы прямого управления

· системы косвенного управления

6. Интеллектуальные системы управления

ИСАУ -- это системы, которые позволяют проводить обучение, адаптацию или настройку за счет запоминания и анализа информации о поведении объекта, его СУ и внешних воздействий. Особенностью данных систем является наличие базы данных машины логического вывода, подсистемы объяснений и др.

База знаний -- формализованные правила в виде логических формул, таблиц и т. п. ИСУ используется для управления плохо формализованными или сложными техническими объектами.

Класс ИСУ соответствует признакам:

· Наличие взаимодействий СУ с реальным внешним миром с использованием информационных каналов связи.

· Открытость системы -- нужна для пополнения и приобретения знаний.

· Наличие механизмов прогноза изменений среды функционирования системы.

· Неточность информации об ОУ может быть компенсирована за счет повышения интеллектуализации алгоритма управления.

· Сохранение функционирования при разрыве связи.

Если ИСУ удовлетворяет всем 5-ти признакам, то она интеллектуальна в «большом», иначе в «маленьком» смысле.



Заключение

Я выяснил, что автоматизация является одним из главных направлений научно-технического прогресса и важным средством повышения эффективности производства. Современное промышленное производство характеризуется ростом масштабов и усложнением технологических процессов, увеличением единичной мощности отдельных агрегатов и установок, применением интенсивных, высокоскоростных режимов, близких к критическим, повышением требований к качеству продукции, безопасности персонала, сохранности оборудования и окружающей среды.



Список источников

1. В. А. Бесекерский : Теория Систем Автоматического Управления.

2. П. Н. Сенигов : Теория Автоматического Управления.

3. Г. М. Ружников : Курс лекций по ТАУ.

Размещено на Allbest.ru

...