2.2. Основные понятия и определения теории автоматического управления

Системы управления относятся к кибернетическим системам, так как в основу их положен принцип переработки 'информации.

Кибернетика — это наука, которая изучает общие законы управления в разных системах: технических, биологических, эко­номических на основе переработки информации в системах раз­личной природы — машине, обществе, животном. Управление реализуется целенаправленной координацией деятельности (дей­ствия) различных элементов той или иной системы.

Кибернетику подразделяют на три вида: техническая киберне­тика, экономическая кибернетика и биокибернетика.

Техническая кибернетика изучает технические средства (роботы и другие технические устройства), способные заменить человека при управлении трудоемкими технологическими процессами или операциями на производстве.

Автоматические и автоматизированные системы управления являются элементами технической кибернетики.

В основе всех процессов управления находятся информацион­ные процессы, происходящие в системе. Кибернетика изучает общие принципы и законы управления различными объектами на основе получения, хранения, переработки и передачи инфор­мации. Каждый управляемый объект рассматривается как отдель­ная система.

Система — это совокупность элементов, находящихся в отно­шениях и связях друг с другом, которая образует определенную целостность и единство.

Каждая система может состоять из ряда подсистем.

Подсистемой называется часть системы, выделенная по опреде­ленному признаку. Подсистему, в свою очередь, можно рассматри­вать как систему по отношению к ее внутренним элементам.

Например, пищевая промышленность является системой, в ко­торую входят отдельные элементы системы (отрасли): хлебопекар­ная, сахарная, пивоваренная, масло-жировая и т. д., обладающие общим для всех свойством — способностью удовлетворять потреб­ности людей в продуктах питания. В свою очередь, отрасль можно рассматривать как систему, состоящую из совокупности элементов, которыми являются предприятия (объединения).

Любая кибернетическая система состоит из двух подсистем: управляющей и управляемой.

Управляющей называется подсистема, которая реализует про­цесс переработки информации, воспринимая информацию, ха­рактеризующую состояние системы, перерабатывая и генерируя новую информацию.

Управляемой является подсистема, которая под действием дан­ной информации реализует процессы функционирования всей системы.

Система управления представляет собой единство управляю­щей и управляемой подсистем (рис. 2.1).

Классификация кибернетических систем осуществляется по многим признакам, в том числе и по степени сложности.

Сложность кибернетической системы обусловлена двумя фак­торами: общим количеством параметров, характеризующих со­стояние всех ее элементов, и сложностью структуры, характери­зующейся общим числом связей между ее элементами и их раз­нообразием. Согласно этим факторам, кибернетические системы можно подразделить на простые, сложные и очень сложные.

Рис. 2.1. Схема кибернетической системы управления

Простые системы — это системы, не имеющие разветвленной структуры (отсутствуют иерархические уровни), с небольшим ко­личеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих более сложные функции. При этом изменения в них легко описываются.

Сложные системы — это системы с разветвленной структурой и значительным количеством взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, выполняющих более сложные функции. Изменение ка- кого-либо элемента или связи приводит к изменению многих эле­ментов системы (пример — поточно-механизированная линия про­изводства хлебобулочных изделий). В таких системах возможно на­личие нескольких разных структур, нескольких разных целей. Однако конкретное состояние сложной системы можно описать.

Очень сложные системы — это такие системы, состояние кото­рых по различным причинам до сих пор не удается подробно описать (пример — Солнечная система в мировом пространстве).

Связью в кибернетике являются процессы получения инфор­мации, ее хранения и передачи. Различают два вида связи: пря­мую и обратную.

Прямая связь — связь, определяющая воздействие на объект управления, вид соединения элементов системы управления, при котором входное воздействие элемента А передается на вход ка­кого-либо элемента В (рис. 2.2).

А		В

Рис. 2.2. Схема прямой связи

При управлении необходимо знать, как реагирует на управ­ляющий сигнал объект управления, т. е. необходима обратная связь В с А.

Обратная связь — связь, позволяющая осуществить выбор управляющего воздействия в зависимости от состояния системы (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема обратной связи

Элемент А связан каналами прямой и обратной связи с эле­ментом В. По каналу обратной связи элемент А получает инфор­мацию об изменениях, происходящих в элементе В в результате влияния полученной от А информации. Таким образом, с помо­щью обратной связи получают сведения о результатах управляю­щих и внешних возмущениях на объект, при этом обеспечивают­ся необходимые воздействия входных и выходных сигналов.

Идеал обратной связи состоит в том, чтобы использовать сами отклонения системы (объекта) от определенного состояния для формирования управляющего воздействия. Сигналы, посту­пающие по каналам обратной связи, обеспечивают регулирование состояния (деятельности) объекта.

Принцип обратной связи лежит в основе функционирования автоматических регулирующих систем в технике, природе, эконо­мике и других областях.

В кибернетике принципы самоорганизации и саморегулирова­ния являются основополагающими принципами, определяющими структуру систем, процессы управления в них и необходимую оптимальность функционирования.