Свойства процессов, усложняющие управление

Уровень сложности системы управления определяется, в первую очередь, свой­ствами управляемого процесса. Среди прочих проблем, усложняющих управление, наибольшее влияние оказывают:

• нелинейность процесса;

• изменяющаяся внешняя среда;

• изменение условий самого процесса;

• значительные временные задержки;

• внутренние связи процесса.

Практически все физические процессы по своей природе нелинейны. Фактически линейные соотношения в большинстве случаев представляют собой искусственное упрощение реального положения вещей. Например, зависимость между силой реак­ции и удлинением пружины в механических системах очень часто нелинейна, т. е. если удлинение пружины увеличивается в два раза — сила реакции не удваивается, а растет быстрее. Скорость протекания реакции в большинстве химических процессов нелинейно зависит от температуры. При некоторой рабочей температуре изменение последней на несколько градусов вызывает изменение скорости реакции. Это, однако, не означает, что такое же изменение при другой рабочей температуре приведет к точно такому же изменению скорости реакции.

Тем не менее, благодаря своей простоте — по крайней мере, по сравнению с нелинейным представлением — линейные модели позволяют создавать удобные аппроксимации физических систем.

Запаздывание сигналов или наличие зон нечувствительности (мертвых зон) представляет собой серьезную проблему для управления. Из-за этого регулятор функционирует на основе устаревших данных, вплоть до того, что он может выдавать ложные команды. Запаздывания всегда присутствуют в тех процессах, где некоторые параметры нельзя измерить непосредственно. Например, при регулировании концентрации жидкости ее величина измеряется в нижнем сечении трубы и затем тать в рамках жестких временных ограничений, подвержена постоянному изменению нагрузки и внешних условий, требует очень высокой управляемости и надежности. Обеспечить круглый год без перебоев наличие в любой розетке электрической энергии с постоянными значениями напряжения и частоты далеко не просто. Эффективно управлять такими большими системами можно только с помощью компьютеров.

Особенности систем цифрового управления

Примеры, приведенные ранее, отражают ряд свойств, которые необходимо учитывать в системах управления. Управляемый технический процесс представляет лишь только часть проблемы; другая ее часть — это управляющий компьютер. Система управления используется не только для регулирования и определения последовательности технологических операций типа описанных выше, но должна выполнять и ряд дополнительных функций, например, распознавать нештатные ситуации и адекватно на них реагировать. Кроме того, она собирает текущие рабочие данные, рассчитывает статистические параметры, отображает информацию для операторов и исполняет их команды. Наиболее важные задачи, решаемые системой управления техническим процессом, представлены на рис. 1.10

При разработке проекта, включая определение необходимых вычислительных ресурсов, необходимо исходить из требований, предъявляемых ко всей технической системе, т. е. совокупности технического процесса и системы управления. Основное требование к системе управления заключается в том, что ее ресурсы должны соответствовать целям управления и параметрам управляемой системы