ЛЕКЦИЯ 3
Техника автоматизации. Автоматическое управление.
Процесс управления и его виды.
При автоматизации установок производственной техники происходит взаимодействие устройств названной техники с информационной. Оно характеризуется тем, что на основании информации получаемой путем измерения, оказывается воздействие на поток энергии или вещества таким образом, чтобы целенаправленно изменить определенные физические или технико-экономические показатели. В соответствии с ранее приведенным определением (см. 1.1.1) это – процесс управления.
Различают три следующих вида управления:
- ручное, которое осуществляется непосредственно человеком;
- автоматизированное, которое осуществляется человеком, но посредством необходимых технических систем;
- автоматическое, которое осуществляется без непосредственного участия человека.
Управление всегда предполагает определенную цель, определенную постановку задачи, формулировка которой не относится к кибернетике.
В качестве примера рассмотрим процесс управления температурой помещения на основании замеренной внешней температуры.
Если положение регулирующего вентиля отопления устанавливает оператор, на основании замеренной внешней температуры, то в этом случае сбор и обработка информации, а также энергетическое воздействие на систему осуществляет человек. Это пример ручного управления (рис. 1.8)
Внешняя
Температура
Наблюдение Энергетическое Температура
воздействие помещения
Принятие решения
человеком
Рис. 1.8
При автоматическом управлении (рис. 1.9) сбор информации, обработка ее и последующее воздействие осуществляется самостоятельно, так как при увеличении температуры окружающей среды столбик ртути замыкает цепь питания обмотки реле, которое через свой контакт включает или выключает цепь привода вентиля.
Принятие решения
техническим устройством
Измерение
Температура
помещения
Рис. 1.9
В рассмотренном примере цель процесса управления – поддержание температуры в помещении на заданном уровне при изменении температуры окружающей среды.
Объект управления, управляющее устройство и исполнительный орган.
Несмотря на различие задач, решаемых в процессе управления и разнородности устройств, с помощью которых это осуществляется, в любой системе, реализующей процесс управления, можно выделить три следующих основных элемента:
- объект управления, т.е. часть установки на которою оказывается управляющее воздействие и изменения в которой являются определяющими для выполнения задачи управления;
- управляющее устройство, т.е. совокупность элементов, которая служит для оказания воздействия на объект через исполнительный орган в соответствие с поставленной задачей;
- исполнительный орган, т.е. звено, которое служит для непосредственного целенаправленного воздействия на поток энергии или вещества. (Исполнительный орган можно рассматривать как элемент, относящийся к объекту управления)
Структурная схема, поясняющая взаимодействие перечисленных элементов приведена на рис. 1.10
Исполнительный Объект Управляемый
орган управления параметр
Устройство Задающее
управления воздействие
Рис. 1.10
Звенья объекта и устройства называют элементарными звеньями. Временные характеристики входных и выходных величин этих звеньев называются входными и выходными сигналами. В кибернетических исследованиях именно эти временные характеристики представляют основной интерес.
В качестве иллюстрации введенных понятий рассмотрим на примере автоматического регулирования температуры (см. рис. 1.9). В данном случае объект управления включает в себя следующие элементарные звенья (рис. 1.11):
- исполнительный вентиль;
- теплообменник;
- помещение.
Сигналы Нерегулируемые
тепловые потоки
(сигнал помехи)
Объект
Входной сигнал
или Поток Тепловой
сигнал управления теплой воды поток
Исполнительный Тепло- Помещение Выходной
(Перемещение вентиль обменник сигнал
затвора вентиля) (температу
ра)
Рис. 1.11
Отметим, что входные сигналы, воздействующие на объект, называются сигналами помехи, если они неуправляемы и исполнительными сигналами или сигналами управления если они управляемы. Сигналы помехи могут быть как измеряемыми, так и не измеряемыми. Выходные сигналы называют также управляемыми сигналами.