2.Обобщенные цели управления производственными процессами и техническими объектами.

Под управлением понимается целенаправленное воздействие на объект , на основе имеющейся информации. Система управления представляет собой совокупность устройств управления и операционных устройств. В настоящее время СУ представляет собой многоуровневые средства переработки информации.

Основные цели управления:

1. Планирование и практическое управление объектами (предполагается достижение цели в производстве за счет определения оптимального перечня работ, последовательности их выполнения, четких графиков поставки сырья, комплектующих, своевременный ремонт и ввод оборудования);

2. Улучшение взаимодействия и повышение производительности (осуществляется за счет координации и согласования работ, введения новых технологий и оборудования, своевременной реакции на возникающие отклонения);

3. Снижение издержек производства за счет уменьшения брака путем своевременного автоматического контроля принятых решений, доработки технологических процессов и их усовершенствование;

4. Приспособление и учет требований рынка сбыта (включает маркетинговый анализ, прогнозирует дальнейшие возможности сбыта продукции, гибкое реагирование на изменение требований к результатам функционирования производства).

Эффективное достижение поставленных целей предполагает объединение АСУ в единую информационную сеть, разбиение ее на ряд автономно обособленных связанных составляющих, наделенных своими функциями под управлением вышестоящих звеньев. В каждом из этих звеньев могут присутствовать микропроцессорные системы обработки информации и формирования сигналов на выполнение операций.

3.Принципы управления. Классификация систем управления.

Различают три принципа управления:

- Управление в разомкнутой схеме – используются в станках с числовым программным управлением, где результат воздействия четко определен и ошибка в получении результата минимальна. Получаемые системы простые и дешевые, однако они не обладают некоторыми свойствами, такими как адаптация, обучение и изменение законов с учетом внешних воздействий. Нет обратной связи, не виден результат выполнения.

пример: токарный станок

- Управление с помощью обратной связи замкнутой системы – этот принцип применяется в случае неполной информации об объекте управления, о наличии возмущающих воздействий, приводящих к неточному результату или существенному отклонению.

E(t)=X(t)-Y(t)- сообщение об ошибке

Преимущество: осуществляется работа в режиме помех.

Недостаток: наличие запаздывания, когда при отклонении от цели возникает необходимость его коррекции, на которую требуется время.

С этой целью необходим контроль и средство контроля, что усложняет и удорожает систему

- Комбинированное управление – используется принцип разомкнутой и одновременно замкнутой системы.

R(t)- сигнал программы управления; УП- устройство планирования; УУ- устройство управления; U(t)-управляющее воздействие

Все системы управления классифицируются следующим образом:

1. Система с ручным управлением

Пример: управление автомобилем. До 45% действий оператор выполняет вручную. СОИ- система отображения информации

2. Автоматизированные системы управления (АСУ)

90% операций автоматизировано. Оператор осуществляет все действия по включению, контролю и т. д.

3. Система автоматического управления (САУ)

Оператор определяет лишь цель, все остальное автоматически. Пример: кондиционер.

4.ПИД-регулятор и его модификации.

ПИД-регулятор использует пропорционально-интегрально-дифференци­альный закон регулирования. ПИД-регулятор был изобретен еще в 1910 г.; позже, в 1942 г., Зиглер и Никольс разработали методику его настрой­ки, а после появления микропроцессоров в 80-х годах развитие ПИД- регуляторов происходит нарастающими темпами.

Классический ПИД-регулятор:

ПИД-пропорционально-интегрально дифференцирующий регулятор

Простейшая система автоматического регулирования с обратной связью:

блок R- регулятор; Р — объект регулирования,

г — управляющее воздействие, е — сигнал рассогласования или ошибки, u— выходная величина регулятора, у — регулируемая величина.

Если выходная переменная u описывается выражением:

где t — время; К, Ти, Тд — пропорциональный коэффициент, постоянная инте­грирования и постоянная дифференцирования регулятора, то такой регулятор называют ПИД-регулятором.

В частном случае пропорциональная, интегральная или дифференциаль­ная компоненты могут отсутствовать и такие упрощенные регуляторы назы­вают П-, И- или ПИ-регуляторами.

Таким образом, передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид:

П-регулятор

Пусть интегральная и дифференциальная компоненты отсутствуют, т.е. Тд = 0, Ти = ∞. Тогда получим R(s)= К и уравнение системы автома­тического управления примет вид:

В установившемся режиме, при t —►∞, передаточная функция процесса P(s) равна коэффициенту передачи Кр. При этом выра­жение преобразуется к виду:

При пренебрежимо малых помехах и внешних возмущениях погрешность П-регулятора δу определяется пропорциональным ко­эффициентом усиления:

Эта погрешность обычно не может быть сделана как угодно малой путем увеличения усиления К регулятора.

И-регулятор

Рассмотрим случай, когда в ПИД-регуляторе остается только инте­гральный член, т.е. К = 0 и Тд = 0

АЧХ:

ФЧХ:

Рис.Переходная характеристика замкнутой системы с И-регулятором и объектом второго порядка вида:

Статической ошибки нет. При некоторых значениях система может быть неустойчива, нужна хорошая настройка.

ПИ-регулятор

В ПИ-регуляторе только постоянная дифференцирования равна нулю, Тд = 0: