- •1. Теоретические основы автоматизированного управления. Общая теория систем, кибернетика, автоматика, теория автоматического управления.
- •2. Система, сложная система. Формальные и неформальные методы
- •3. Структура системы. Подсистема, элемент, модуль. Типовые
- •4. Назначение и общие принципы структурного анализа сложных систем. Основные структурные характеристики систем. Назначение и общие принципы структурного анализа сложных систем.
- •5. Управление. Управляющая система. Автоматические и автоматизированные системы управления.
- •6. Иерархия. Основные виды иерархий и иерархических структур.
- •7. Основные понятия и определения тау: автоматическое управление,
- •8. Виды и основные элементы структурных схем сау. Типовая структурная схема сау.
- •9. Декомпозиция целей управления в сау.
- •10. Объект управления. Векторы воздействий и состояний объекта, их
- •11. Основные (существенные) свойства объекта управления.
- •12.Регулятор. Состав регулятора. Регулирующий орган. Регуляторы прямого и непрямого действия.
- •13. Основные типы промышленных регуляторов (по реализуемому закону регулирования.)
- •14.Начальная и рабочая информация о сау. Классификация сау на основе характеристик начальной и рабочей информации. Основные принципы регулирования
- •Классификация систем атематического управления по виду начальной и рабочей информации.
- •15.Оператор сау. Классификация сау по виду оператора системы.
- •16.Принципы автоматического управления, их преимущества и недостатки.
- •17.Системы автоматического регулирования. Типовые алгоритмы
- •18. Способы математического описания сау.
- •19. Временные характеристики звеньев и сау.
- •20.Частотные характеристики звеньев и сау.
- •Получим частотную передаточную функцию в виде
- •21.Амплитудно-фазовая частотная характеристика сау (афчх). Модуль и аргумент афчх.
- •22.Логарифмические частотные характеристики звеньев и сау. Децибел.
- •23.Линеаризация уравнений движения сау, цели и допущения.
- •24.Общие сведения о преобразовании Лапласа. Изображения производных и интегралов. Передаточная функция сау.
- •25.Порядок решения дифференциальных уравнений с использованием
- •26.Связь передаточной функции с временными характеристиками сау.
- •27. Внутренняя математическая модель сау
- •28. Внешняя (по Лапласу) математическая модель сау.
- •29. Передаточные функции сау при различных способах соединения
- •30. Правила преобразования структурных схем сау.
- •31.Порядок составления дифференциальных уравнений движения сау.
- •38 (39-42). Типовые динамические звенья. Усилительное звено и его характеристики.
- •43 (44). Показатели качества линейных непрерывных сау.
- •45 (46). Статические характеристики систем. Статические и астатические сау. Коэффициент статизма.
4. Назначение и общие принципы структурного анализа сложных систем. Основные структурные характеристики систем. Назначение и общие принципы структурного анализа сложных систем.
При проведении анализа системы целесообразно оценить количественно качество структуры системы и её элементов с позиций общесистемного подхода. Рассмотрим основные структурно – топологические характеристики. Сначала выделим основные виды структур с точки зрения топологии внутренних связей.
Виды топологических структур рассмотрим на примере пяти элементов.
Рис. 4.29. Виды топологических структур: а) последовательная структура б) кольцевая структура; в) радиальная структура; г) древовидная структура; д) структура типа полный граф; е) несвязная структура
Рассмотрим основные структурно-топологические характеристики.
Связность структуры. Данная характеристика позволяет выделить наличие обрывов, висячие вершины и т. д.
Структурная избыточность. Это структурный параметр, отражающий превышение общего числа связей над необходимым минимальным числом связей.
Данная структурная характеристика используется для косвенной оценки экономичности и надежности исследуемой системы.
Среднеквадратичное отклонение учитывает неравномерность распределения связей или их несимметричность. Характеризует недоиспользованные возможности заданной структуры.
Структурная компактность. Сумма всех минимальных путей (цепей) между всеми элементами. Отражает общую структурную близость элементов в анализируемой структуре. Оценивает инерционность процессов в системе. Возрастание (как и среднеквадратичного отклонения) характеризует снижение общей надёжности.
Степень централизации структуры.
1. Для несвязных структур структурная избыточность R < О, для структур без избыточности (последовательная, радиальная, древовидная) R = 0; для структур с избыточностью по связям (кольцевая, полный граф) R > 0.
2. Структуры (последовательная, радиальная, древовидная) с R = 0 различаются по показателю е2, наибольшую неравномерность связей имеет радиальная структура.
3. Наибольшую близость элементов (показатель (?отн) имеет структура типа полный граф, наименьшую — последовательная.
4. Радиальная и древовидная структуры, имеющие одинаковые или близкие значения R, Q0TH, d, значительно отличаются по показателям е2 и у, что соответствует физическому смыслу, ибо отход от полной централизации в структуре ведет к большей равномерности распределения связей по элементам.
Общая задача структурного анализа состоит в том, чтобы, исходя из заданного описания элементов и непосредственных связей между ними, получить заключение о структурных свойствах системы и ее основных подсистем.
Одной из главных задач структурного анализа АСУ является построение наглядной формальной модели, отображающей процесс взаимодействия между элементами или подсистемами, составляющими систему, а также их взаимодействие с внешней средой.
Применительно к автоматизированным системам используется три уровня их описания:
— наличие связей;
— наличие и направление связей;
— наличие и направление связей и вид и направление движения сигналов, которые определяются взаимодействием элементов.
Основные решаемые задачи:
На первом уровне:
— определение связности (целостности) системы. Если система оказывается несвязной, то ставят задачу выделения изолированных связных подсистем со списками входящих в них элементов;
На втором уровне:
— определение связности (целостности) системы;
— топологическая декомпозиция системы с выделением сильно связанных подсистем;
— нахождение входных и выходных полюсов системы и в соответствии с этим выделение пунктов приема и выдачи информации;
— выделение уровней в системе и определение их взаимосвязей;
На третьем уровне описания связей не только учитывается наличие и направление связей, но и раскрывается состав и характер сигналов взаимодействия элементов. Система отображается с помощью специально вводимых схем или моделей.
Основные задачи на этом уровне:
— определение характера сигналов (входные, выходные, управляющие и т.п.);
— построение моделей функционирования элементов системы и самой системы.
Расчленение системы на элементы может иметь материальную (вещественную), функциональную, алгоритмическую и другую основу. Группы элементов в структуре обычно выделяются по принципу простых или относительно более слабых связей между элементами разных групп. Структуру системы удобно изображать в виде графической схемы, состоящей из ячеек (групп) и соединяющих их линий (связей). Такие схемы называются структурными.
Структурная схема — совокупность частей, на которые система разделяется по тем или иным признакам, и связей, изображающих каналы, по которым передаются воздействия от одной части к другой.
Основные элементы структурных схем. Основными элементами графическими образами) структурных схем являются: звенья, узловые точки, линии связи.
Звенья на структурных схемах изображаются прямоугольниками. Входами и выходами звеньев являются переменные системы и внешние (управляющие и возмущающие) воздействия. Внутри прямоугольников записываются передаточные функции звеньев.
Узловые точки на схемах делятся на два вида. Одни из них, к которым по линиям связи подходят сигналы, называются сумматорами. Другие точки, в которых происходит разветвление сигналов, называются узлами.
Линии связи —- линии передачи сигналов, начинающиеся в узле и заканчивающиеся на сумматоре. Они могут иметь свободными начало и конец. Направление передачи сигналов по линиям связи указывается стрелками.
В теории управления структурные схемы разделяются на алгоритмические, функциональные и конструктивные.
Конструктивную схему изображают в виде отдельных блоков конструктивно обособленных частей системы и связей между ними (например, реактор, парогенератор, турбина, генератор).
Функциональной схемой называется схема, в которой каждому функциональному элементу системы соответствует определенное звено.
Функциональную схему изображают в виде отдельных элементов части системы, выполняющих определенные функции в процессе управления (например, измерительный блок, блок сравнения, усилитель, исполнительный элемент, корректирующая цепь, управляемый объект).
Рис. 2.2 Виды структурных схем.
Рис. 2.3 Функциональная схема системы управления.
Алгоритмическая (динамическая структурная) схема (используемая в ochоbhom в теории управлении) отображает динамические свойства системы. Такие схемы могут составляться по дифференциальному уравнению, и наоборот, по структурной схеме: если она полна и правильна, могут восстанавливаться дифференциальные yравнения.
Динамической структурной схемой называется схема, в которой каждой математической операции преобразования сигнала соответствует определенное звено. В дальнейшем для краткости динамические структурные схемы будем называть просто структурными схемами.
Структурные схемы могут быть двух типов: функциональные и операционные.
В первом случае каждому функциональному элементу схемы соответствует определенное звено, описываемое математически. При этом на сложность математического описания не накладывается каких-либо ограничений.
Во втором случае каждой элементарной математической операции соответствует определенное звено. Такими элементарными операциями обычно являются: изменение масштаба, изменение знака, интегрирование, дифференцирование, нелинейное преобразование, суммирование и умножение.
При составлении структурной схемы для удобства исследования её часто стремятся сделать близкой к конструктивной или функциональной, но это не обязательно. Иногда в целях упрощения удобнее преобразовать схему в схему вида, yпрощающего математическую обработку, отвлекаясь от конструктивных или функциональных особенностей.
В зависимости от задачи исследования в понятие структуры системы может вкладываться различный смысл. Так, при разработке структуры АСУ в это понятие входит, например, определение множества элементов системы и связей между ними, распределение задач, возлагаемых на технические средства АСУ, по уровням и элементам системы и выбор комплекса технических средств, обеспечивающего их своевременное решение.
При создании АСУ их структурные модели могут рассматриваться с различных позиций: с позиции организации, функций управления, используемых алгоритмов, используемых технических средств и т.п. В соответствии с этим могут быть выделены следующие аспекты структуры одной и той же системы и, как следствие, следующие модели:
— организационная структура и ее модель;
— функциональная структура и ее модель;
— алгоритмическая структура и ее модель;
— техническая структура и ее модель и т.п.
В процессе проектирования АСУТП решается задача выбора наиболее рациональной архитектуры системы. Анализ и синтез структур АСУТП требует, насколько это возможно, полного и точного описания характеристик их свойств, определяющих степень полезности их применения. При описании качества АСУТП необходимо выделить те ее свойства, от которых зависят результаты функционирования АЭС. Для АСУ ТП к числу определяющих отнесем следующие свойства (табл. 3.1) [25]:
динамические;
надежностные;
ресурсные;
системности.