2.3. Виды систем управления
Различают системы непосредственного (ручного), автоматизи-рованного (операторного) и автоматического управления. В основу такого деления положена степень участия человека в процессе управления.
При непосредственном управлении (рис. 2.4.) человек с помощью органов чувств получает сведения об объекте управления и сам управляет им, т. е. принимает решение о том, что необходимо сделать в конкретной ситуации и непосредственно воздействует на объект управления.
Автоматизированные системы работают с участием человека-оператора, который является составной частью человеко-технической (человеко-машинной) системы. К таким системам относятся командные системы управления (рис. 2.5.) и системы измерения (рис.2.6.) или контроля. Часть операций в таких системах управления выполняется без участия человека.
Объект управления
Рис. 2.4. Схема системы непосредственного управления
Объект управления
Устройство воздействия
Пульт управления
сопряжения
с человеком
Рис. 2.5. Схема автоматизированной системы командного управления
Непосредственное воздействие на объект управления или получение информации о состоянии объекта управления в автоматизированных сис-темах осуществляется с помощью устройств автоматики – устройств воз-действия и устройств измерения. Человек-оператор управляет средствами автоматизации через устройство сопряжения с человеком, т.е. через соответствующие органы управления,
Объект управления
Устройство измерения
индикаторы
сопряжения
с человеком
Рис. 2.6. Схема автоматизированной системы измерения
расположенные на пультах управления и индикаторы, отображающие информацию о состоянии объекта управления. К автоматизированным системам относятся и системы управления с автоматической обработкой информации, использующие устройства обработки информации, например ЭВМ (рис. 2.7.).
Объект управления
индикаторы
Пульт управления
Устройство обработки информации
Электронно-вычислительная машина
Рис. 2.7. Схема автоматизированной системы обработки информации.
Автоматические системы работают без участия человека, но прог-рамму их работы задает человек, используя язык общения с техническими средствами (рис. 2.8.). Управляющая подсистема и объект управления соединены между собой прямой и обратной связями. По прямой связи передается командная информация, на основании которой формируется воздействие на объект управления, по обратной связи – информация о состоянии объекта управления. Система, в которой объект управления соединен с управляющей подсистемой прямой и обратной связями, называется замкнутой. Система управления, в которой одна из связей осуществляется через человека, называется разомкнутой. Обратная связь может быть жесткой и гибкой. Жесткая обратная связь действует в установившемся и переходном режимах, а гибкая – только в переходном режиме. w
Объект управления
Устройство воздействия
Устройство измерения
Устройство управления и обработки
информации
управляющая
система
Пульт управления
индикаторы
z
устройство сопряжения с
человеком
язык общения
Рис. 2.8. Схема автоматической системы управления.
Управление в разомкнутой системе (жесткое управление) возможно только в том случае, если имеется полная определенность будущих воздействий внешней среды и состояния системы, а также несущест-венность влияния непредвиденных возмущений (помех) или полная за-щищенность объекта управления от них.
Если свойства управляемой системы и внешние возмущения полностью известны, а цель управления достижима, то заранее рас-считывается закон изменения управления во времени, программа которого жестко реализуется. По существу, решение принимается здесь однократно, сразу на весь период достижения поставленной цели. Такое управление еще называется иногда программным. Принципиальная схема жесткого управления представлена на рис. 2.9.
В
Управляющая система
Объект управления
воздействие
Х Y=f(X) Z
Рис. 2.9. Схема разомкнутой системы управления
Согласно схеме, управляющая система на основании вход-ной информации Х непосредственно обеспечивает функционирование управляемого процесса в заданных пределах.
Примером жесткого управления является управление работой тор-мозной системой автомобиля без АВС, работа автоматического светофора в режиме, не учитывающем фактическое состояние транспортного потока на перекрестке и т.п.
Однако на практике условия работы, когда передаточная функция системы не изменяется в процессе работы, встречаются крайне редко. Эффективное управление может быть обеспечено только при наличии обратной связи, роль которой выполняет информация о результатах управления.
Управление с обратной связью, схема которая показана на рис. 2.10 базируется на следующих положениях.
В
Управляющая система
Объект управления
воздействие
Х Y=f[X,(X-Z)] Z
Обратная связь
Рис. 2.10 Схема замкнутой системы управления
Если возможно изменение только параметров состояния управляемой системы (объекта управления), т.е. известно следствие, а не причина, то, получая информацию о состоянии, можно изменять управ-ление, которое здесь оказывается зависящим от определенного состояния системы управления, т.е. от полученной информации.
В схеме управления с обратной связью выход системы Z (или некоторая его функция) подается на управляющую часть и сравнивается с входным воздействием X (или некоторой его функцией). При этом определяется отклонение выхода от заданной величины. Следовательно, управляющее воздействие в этом случае является функцией как входной величины (X), так и отклонения (X-Z).
Примеры систем управления с информационной обратной связью: автоматическая антиблокировочная система регулирования торможения (фиксированное отклонение выхода – начало проскальзывания колес при торможении); изменение параметров движения автомобиля водителем в зависимости от дорожной ситуации; регулирование цены, например, на сервисные услуги, на основе баланса спроса и предложения в рыночных условиях и т.п.
Здесь уместно отметить, что обратная связь может действовать в системе не только от выхода (выполнение плана по ТО и ремонту), но и от входа системы (данные о неисправностях, поступающих на ТО и ремонт автомобилей, их марках и т.п.). Указанное условие является важным фактором производственных систем, рассматриваемых с точки зрения управления.
Разновидностью управления систем с обратной связью является управление по возмущению (отклонению) контролируемого параметра от заданной величины. Если возмущения (помехи) заранее не известны, но могут проявиться в процессе управления, то управляющее воздействие формируется как функция возмущений. Например, в процессе оперативного управления производством ТО и ремонта могут выявляться отклонения от намеченного хода работ (несвоевременная постановка автомобилей на посты, выявление дополнительного объема работ, отказ оборудования и т.п.), которые вынуждают диспетчера принимать соответствующие решения.
В заключении следует отметить, что с позиции кибернетики все системы управления замкнутые, так как без сбора и обработки информации о состоянии объекта управления в устройстве управления и обработки информации и формирования управляющих воздействий процесс управления невозможен, хотя эти процессы могут быть разнесены в пространстве и во времени.
Принципиальным отличием замкнутых систем управления от разомкнутых можно считать то, что в замкнутых системах процесс управления ведется на основании постоянно получаемой информации о состоянии объекта, а в разомкнутых системах для управления исполь-зуется априорная информация, накопленная при исследовании и испыта-нии объекта управления.
Разомкнутые системы управления могут в ряде случаев рассматриваться как автоматические устройства измерения, обработки информации и т. д. В промышленной автоматике отдельные функциональные устройства системы управления называются приборами и средствами автоматизации.
Автоматизация управления автомобилем и его агрегатами позволяет повысить эксплуатационные качества этого транспортного средства: увеличить среднюю скорость; снизить расход топлива; облегчить и улучшить управляемость, проходимость и плавность хода; повысить тормозные качества и безопасность движения; снизить затраты на обслуживание и ремонт; уменьшить вредные выбросы. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является автоматическим энергетическим преобразователем, преобразующим химическую энергию топлива в механическую. Работа ДВС невозможна без систем автоматического регулирования теплового режима, частоты вращения коленчатого вала, приготовления и подачи горючей смеси. Важную роль играют автоматические регуляторы давления жидкости и газов в гидро-, пневмосистемах и т. д.
В автомобилях начинают широко применяться автоматические антиблокировочные системы тормозов; система автоматического регулирования зазоров между накладками и барабанами тормозных механизмов; системы управления сцепными качествами; комплексные автоматические системы управления агрегатами трансмиссии и двигателем; системы автоматического регулирования оптической оси фар, высоты центра масс, микроклимата в кабине, активной подвески, рулевого управления, скорости движения и др.
Широко используются автоматические системы измерения, контроля и диагностики ДВС и агрегатов автомобиля. К таким системам можно отнести системы контроля уровня тормозной жидкости, степени изнашивания тормозных накладок; системы измерения движения автомобиля и частоты вращения вала; системы диагностики двигателя и элементов антиблокировочной системы; системы испытаний топливной аппаратуры на утечки и испарение топлива.
Автоматизированные системы управления нашли широкое приме-нение в технологических процессах при изготовлении и ремонте транс-портных средств, управлении производством и транспортными потоками. Системы непосредственного управления используются при осуществлении простейших технологических операций в ремонтных мастерских, когда объект управления достаточно прост, и при управлении сложными производственными и организационными системами, когда объект управления слишком сложен для построения адекватной модели процесса управления.