1. Фундаментальні принципи і класифікація систем автоматичного керування

Перелік питань: системи автоматики на залізничному транспорті, історія розвитку теорії автоматичного керування, фундаментальні принципи автоматичного керування, класифікація систем автоматичного керування.

1.1. Системи автоматики на залізничному транспорті

Основні задачі залізничного транспорту, пов’язані з підвищенням швидкості руху поїздів, підвищенням пропускної спроможності, підвищенням надійності і безпеки руху, вирішуються на основі широкої автоматизації виробничих процесів. Автоматизацією виробничих процесів називають їх виконання без участі людини або з обмеженою участю людини. Систему, яка виконує процес або певну дію автоматично, тобто без участі людини називають автоматичною системою (АС) або системою автоматичного керування (САК). Систему, яка виконує технологічний процес з участю людини називають автоматизованою системою керування (АСК).

Найбільш поширені автоматизовані системи керування організаційними процесами виробництва (на підприємстві це АСКП) і автоматизовані системи керування технологічними процесами виробництва (АСКТП). На залізничному транспорті існує галузева система керування (АСКЗТ). Технічною базою АСКЗТ є інформаційно-обчислювальна мережа ЕОМ, побудована на розгалуженій мережі каналів зв’язку. АСКЗТ являє собою розвинену ієрархічну структуру, у склад якої входять АСК доріг, АСК дільниць і АСК станцій. Нижню ступеню цієї ієрархічної системи займають кінцеві виконуючі пристрої, які, як правило, являють собою системи автоматичного керування.

Системи автоматичного керування широко застосовують в системах залізничної автоматики і зв'язку. Це, наприклад, системи автоматичного гальмування, системи регулювання швидкості, системи автомашиніст і автодиспетчер, системи автоматичного регулювання частоти, системи синхронізації, стабілізатори напруги та багато інших.

Системи автоматичного керування застосовуються також в залізничних системах автоматичного контролю, автоматичного захисту і в системах автоматичної сигналізації.

В теорії автоматичного керування вивчають методи аналізу, синтезу і проектування систем автоматичного керування.

 

1.2. Історія розвитку теорії автоматичного керування

Першим автоматичним пристроєм вважають регулятор ходу годинника, який винайшов у 1675 році голландський вчений Гюйгенс.

Умови для подальшого розвитку автоматичного регулювання створило промислове використання водяного пару у вісімнадцятому столітті. Так у 1765 році російський механік Ползунов винайшов поплавковий регулятор рівня води в паровому котлі, а у 1789 році англійський механік Джеймс Уатт винайшов центробіжний регулятор швидкості обертання валу парової машини, принцип дії якого показаний на рис. 1.1.

 

Рис 1.1. Регулятор Джеймса Уатта

 

Труднощі практичного впровадження у виробництво багатьох пристроїв і способів регулювання стимулювали розробку методів розрахунку і проектування систем автоматичного керування Засновником теорії автоматичного керування вважається російський вчений Вишнєградський, який у 1876 році опублікував фундаментальну теоретичну працю “Об общей теории регуляторов”.

Великий вклад у розвиток теорії автоматичного керування внесли в кінці дев’ятнадцятого століття словацький вчений Стодола, австрійський вчений Гурвиць і російський вчений Ляпунов, котрий у 1892 опублікував визначальну для теорії стійкості автоматичних систем працю “Общая задача об устойчивости движения”.

В 30-х роках двадцятого столітті російський вчений Михайлов і американський вчений Найквіст впровадили в теорію автоматичних систем частотні методи дослідження, а пізніше (у 1946 році) американський вчений Боде збагатив частотні методи дослідження автоматичних систем логарифмічними частотними характеристиками.

В загальну теорію керування – кібернетику великий вклад внесли американці Роберт Вінер і Клод Шеннон, а також радянські вчені, зокрема, українські вчені Глушков, Івахненко та інші.