МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

___________________________________________

Кафедра Систем управления,

Кафедра Информационных технологий

Дистанционное обучение

Сист.уп.-__.22.____

Информ.-__.22.____

А.В. Воробьева, А.Е. Краснов

ОСНОВЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ

ПРОЦЕССАМИ

(Модуль 2)

Учебно-практическое пособие

для студентов технологических,

управленческих и инженерных специальностей

www.msta.ru

4180

Москва – 2004

УДК 681.3.06

ББК 65.26с.я73

 Воробьева А.В.,Краснов А.Е.

ОСНОВЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Учебно-практическое пособие для студентов технологических,

управленческих и инженерных специальностей.

Под ред. д.ф.-м.н., профессора А.Е.Краснова.

- М.: МГУТУ, 2004. - 80 с.

Модуль 2 предназначен для обучения студентов технологических специальностей (270100 – 271200), изучающих дисциплину «Системы управления технологическими процессами и информационные технологии», а также – студентов управленческих и инженерных специальностей, изучающих дисциплины «Теория автоматического управления», «Проектирование систем управления», «Автоматизация технологических процессов и производств», «Исследование систем управления», «Измерительные информационные системы оценки качества пищевых производств», «Современные компьютерные системы АСУТП», «Моделирование систем» (210200), «Основы теории управления», «Теоретические основы автоматизированного управления», «Автоматизация технологических процессов и производств», «Исследование систем управления», «Моделирование систем», «Теория систем и системный анализ», «Информационные основы квалиметрии» (220200), «Управление техническими системами» (070200, 170600, 271300), и написан в соответствии с Государственным образовательным стандартом на данные дисциплины.

Модуль позволяет студентам освоить основы систем автоматического управления и цифровых систем управления на примерах систем автоматического регулирования и компьютерных (программных) систем решения ряда задач условно-оптимального управления.

Модуль может также быть полезен и для аспирантов технологических и управленческих специальностей.

Рецензенты: Бородин А.В., д.т.н., профессор МГУПБ;

Черных В.Я., д.т.н, профессор МГУПП

Редактор Свешникова Н.И.

 Московский государственный университет технологий и управления, 2004. 109004, Москва, Земляной вал, 73

Содержание

Введение ………………………………………………… 4

Глава 1. Автоматические системы управления ........ 7

1.1. Принцип обратной связи ………………………….. 7

1.2. Математические модели физических систем ……. 15

1.3. Преобразование Лапласа и передаточные

функции линейных систем ……………………….. 18

1.4. Модели линейных систем

в виде сигнальных графов ………………………… 27

1.5. Законы регулирования и оценки качества ……….. 31

1.6. Робастные системы управления …………………... 40

Вопросы для самопроверки к главе 1 ………………..... 43

Глава 2. Цифровые системы управления .................. 47

2.1. Дискретные сигналы и их z-преобразование .............. 47

2.2. Анализ устойчивости дискретных систем ……….. 53

2.3. Реализация цифровых регуляторов ……………….. 54

2.4. Модели систем в переменных состояния ……….... 55

2.5. Идентификация и устойчивость

дискретных моделей линейных систем …………... 59

2.6. Экспертные корреляционно-экстремальные

системы управления для спектральной

компьютерной квалиметрии………………………... 63

Вопросы для самопроверки к главе 2 ………………....... 71

Тренировочные задания ………………………………… 72

Тесты по темам модуля ………………………………..... 75

Список рекомендуемой литературы ………………….... 79

Словарь основных понятий и сокращений …………..... 79

Введение

Учебно-практическое пособие «Основы систем управления технологическими процессами» (Модуль 2) является важнейшей составной частью многомодульного курса «Информационные технологии управления технологическими системами».

Целью изучения модуля является освоение студентами современных практических методов управления технологическими процессами и операциями на базе единого системного подхода, включающего теорию систем, теорию управления, а также современные информационных технологии управления.

Изучение модуля предполагает, что студенты уже освоили общеобразовательные дисциплины: «Физика», «Химия», «Математика», «Информатика», «Теория вероятностей», а также необходимые материалы Модуля 1 («Информационное описание технологических процессов»).

Модуль предоставляет студентам сконцентрированные знания, содержащиеся в многочисленных источниках отечественных и зарубежных авторов. При желании студенты могут самостоятельно ознакомиться с литературой, рекомендуемой для дополнительного изучения. Однако, изложенный в пособии материал является самодостаточным для освоения дисциплины.

В связи с тем, что в модуле затронут широкий круг вопросов, а объем материала в целом выходит за рамки часов, отведенных для дисциплины, специальные акценты будут сделаны преподавателями на лекциях и лабораторных занятиях.

С формальных позиций теории систем и управления каждый технологический объект (ТО), будь то предприятие в целом, производственный процесс или совокупность технологических операций, обязательно имеет конкретную структуру, определяемую как внутренними свойствами самого ТО, так и его связями с внешней средой. Важнейшим является выделение главных составляющих структуры и описание их связей с помощью совокупности различных параметров (констант и переменных). После описания структуры ТО необходимо выделить основные переменные, которые при неизменной структуре ТО подвержены изменению в процессе его функционирования. Собственно, ради изменения этих переменных (например, количества продукции) создается и поддерживается сама структура ТО. Совокупность данных переменных полностью определяет динамическое состояние ТО. Изменение динамического состояния в нужном направлении осуществляется с помощью управления - совокупности денежных, материальных и информационных средств. Замена начального состояния ТО на требуемое его конечное состояние является целью управления. Однако в силу определенных ограничений, присущих конкретному ТО, каждому управлению ставят в соответствие количественные критерии ограничения и критерии качества управления.

В отличие от управления состояниями ТО, которое предполагает неизменность структуры объекта управления, управление структурой ТО занимается именно вопросами рационального изменения структур управляемых объектов. Здесь также широко используется формализм состояний объектов управления, целевых критериев и критериев качества управления. Однако размерность задач значительно увеличивается за счет включения параметров структурного описания объектов как в переменные их состояний, так и в целевые критерии. Поэтому значительно увеличивается сложность задач структурного управления.

Управление структурой ТО нашло широкое отражение в таких приложениях, как реинженеринг, консалтинг, корпоративное управление бизнес процессами, управление проектами. Этим направлением практически занимаются многие зарубежные и отечественные фирмы – разработчики комплексных интегрированных и корпоративных управляющих сетевых систем, выполненных по современным технологиям систем управления базами данных (СУБД) в файл-серверной, клиент-серверной, многозвенной и распределенной архитектурах.

По оценкам экспертов, количество различных прикладных программ для управления состояниями и структурой ТО сегодня на отечественном рынке насчитывает десятки тысяч вариантов. Предлагаемые фирмами прикладные программные продукты работают в сетевых вариантах (т.е. обслуживают сотни и тысячи рабочих мест) и позволяют осуществлять комплексную автоматизацию таких важнейших сфер деятельности как бухгалтерский учет, управление персоналом, управление запасами, сетевое планирование, инновационное проектирование и реинженеринг предприятий, учет и управление производственными и коммерческими операциями и т.п. Разработчики включают в интегрированные и корпоративные программные продукты как средства управления состояниями предприятий, так и средства управления их структурой.

Однако следует отметить, что если решение задач управления состояниями ТО в большинстве предлагаемых продуктов унифицировано и однотипно в силу завершенности теории, то решение задач управления структурой ТО осуществляется эвристически на основании узкого опыта внедрения продуктов в конкретные отрасли. Именно с этим связано обилие фирм и предлагаемых ими программных продуктов.

Еще раз отметим, что модуль ориентирован на изучение достаточно полно разработанных в технике систем управления состояниями ТО. В модуле изучаются не технологические проблемы, а проблемы применения систем управления состояниями технологических объектов на известных технологических примерах. Поэтому пособие не может заменить собою изучение сугубо технологических дисциплин, описывающих сущности технологических объектов и характерные для них примеры. Что касается управления структурой технологических объектов, то в пособии даны оригинальные примеры, поясняющие необходимость чрезвычайно осторожного отношения к этому вопросу. Так, на примере автоматизированной системы управления производственным накоплением товаров показано, что малейшее изменение некоторых параметров, описывающих структуру процесса в условиях помех, может сделать производство неэффективным.

Модуль состоит из 2-х глав, заканчивающихся вопросами для самоконтроля. В конце модуля приводятся тесты по темам модуля. Правильные ответы на тесты студенты могут найти в соответствующих разделах модуля.