ЛЕКЦИЯ №1

ПЛАН

Тема. Основные понятия и определения. Задачи курса ОТУ.

1.1Знакомство, расписание занятий, название курса: «Основы теории управления», литература (обратить внимание на информацию в интернете).

1.2 Курсы и сведения, необходимые для усвоения ОТУ.

3. Актуальность и необходимость ОТУ.

1.4 Структурно-функциональная схема системы управления. Связь с внешней средой. Цель работы СУ. Задающее и возмущающее воздействия. Прямая и обратная связи. Объект управления, устройство управления, датчики, регулирующий орган, исполнительный механизм.

1.5 Процессы управления: детерминированные и случайные процессы, свободные и вынужденные процессы, устойчивые и неустойчивые процессы.

1.6 Фундаментальные принципы управления: по заданию, по возмущению, по ошибке регулирования, комбинированный принцип.

1.7 Цели и задачи курса

1.8 Примеры систем управления по литературе.

1.9 Ключевые слова и термины к этой лекции

1.10 Справка по истории развития теории управления [4], с.435-482. Самостоятельно.

ЛИТЕРАТУРА

1.Теория автоматического управления: Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». В 2-х ч. / Н.А. Бабаков,

А.А. Воронов и др. Под ред. А.А. Воронова. - М.: Высш. шк., 1986.-367с.

2. Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов.

М.: Недра, 1990.- 416с.

3. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. – СПб. : Профессия, 2003.

4. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. - СПб.: БХВ – Петербург, 2007. – 560с.

5. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. – М.: Лаборатория Базовых знаний, 2001- 616с.

1.2 Физические и математические основы теории управления содержатся в следующих курсах

1.3 Управление – целенаправленное воздействие на параметры системы или на отдельные системы и их поведение. Управление бывает ручное, автоматизированное и автоматическое, если оно осуществляется с помощью человека, технических систем управления и без непосредственно участия человека соответственно. Центральным понятием курса является само понятие система, под которой понимается совокупность объектов, компонентов или элементов произвольной природы, образующих некоторую целостность в том или ином контексте. Определяющим принципом рассмотрения некоторой совокупности объектов как системы является появление у нее новых свойств, которых не имеют составляющие ее элементы. Значимость этого принципа проявляется в том, что он получил даже специальное название — принцип эмерджентности (от англ. еmегgеnсе — появление, выявление). Можно сказать, что все созданные человечеством приборы, машины, технологии, являются системами.

Примерами систем являются: автомобиль, атомный ледокол, электрическая станция, спутник связи, компьютер, и прочие системы. Системы становятся более сложными. Они включают в себя другие, менее сложные системы. В этом случае говорят о подсистемах и метасистемах. Вам, студентам института космических и информационных технологий, ближе подойдут примеры из этой предметной области. Так, спутник, обеспечивающий ГИС, как метасистема состоит из следующих основных систем:

1. Система электроснабжения СЭС (энергетическое сердце космического аппарата КА). Основная функция (назначение, цель) СЭС состоит в обеспечении КА электрической энергией требуемого качества.

2. Система терморегулирования. Основная функция которой заключается в поддержании в гермоконтейнере КА определенного значения температуры среды.

3. Система навигации и ориентации в пространстве. Основная функция которой следует из названия.

4. Информационная система, обеспечивающая сканирование местности в определенном спектральном диапазоне и преобразование полученной информации по определенному алгоритму.

5. Система связи, передающая полученную информацию в информационный центр, расположенный на Земле, и принимающая информацию об изменениях в управлении из центра управления полетом ЦУП.

Первые три из перечисленных систем получили название систем обслуживания, включение в состав спутника четвертой и пятой систем определяет специфику назначения КА. Это геоинформационный спутник. Спутник связи будет отличаться названиями четвертой и пятой систем.

В теории управления исследование любой системы осуществляется с позиций информации: получение информации, преобразование информации, использование информации для управления. Эта теория является частью науки «Кибернетика – наука об управлении, а также передаче и обработке информации в технических и нетехнических системах». Мы будем рассматривать основы теории управления в технических системах.

Современный этап развития технологий характеризуется широким внедрением и использованием автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). АСУ ТП является сложной динамической системой, состоящей из множества взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем, выполняющих самостоятельные и общесистемные функции и имеющие собственные и общие цели. Независимо от предметной области, при проектировании, эксплуатации и модернизации технических систем, в том числе АСУ ТП, используются концепции и методы теории управления применительно к использованию современных средств вычислительной техники, таких как промышленные компьютеры и программируемые контроллеры. Это определяет актуальность и необходимость изучения курса «Основы теории управления» при подготовке инженеров-специалистов и бакалавров в вузах технического профиля.

3. Система управления (су) выделяется из окружающей среды.

СУ выделяется из окружающей среды. Среда воздействует на систему задающим и возмущающим воздействиями. СУ воздействует на среду выходным, управляющим воздействием, Рис.1.1.

Система: состав (блоки, элементы, звенья) и линии связи (показывают соединения элементов друг с другом, стрелки указывают направление передачи информации). Линия связи не преобразует информации. Функциональная схема: каждому элементу соответствует определенное функциональное назначение. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (СУ). Она состоит из управляющего устройства (УУ) и объекта управления (ОУ). ОУ это совокупность элементов, представляемых как единое целое с позиций теории автоматического управления, (не принимаются во внимание характеристики объекта, вытекающие из предметной области, учитывается только информационная составляющая процессов (сигналы)). Объектом управления может служить процесс, например, технологический процесс очистки сточных вод и получение на выходе системы воды требуемого качества, либо устройство, например, асинхронный короткозамкнутый двигатель и требуемые траектории перемещения его вала. Посмотрите и проанализируйте конкретные СУ, приведенные в рекомендуемой вам литературе, и обратите внимание на конкретные объекты управления. Законспектируйте и используйте на экзаменах.

F(t) СРЕДА

СРЕДА Прямая связь

G

ОУ

УУ

(t) U(t) Y(t) СРЕДА

Обратная связь

Рис.1.1 Функциональная схема СУ

G (t) - внешнее задающее воздействие на СУ;

U (t) - управляющее воздействие на ОУ;

Y (t) – выходное , управляемое воздействие;

F(t) – возмущающее воздействие мешает управлению

G (t), U (t), Y (t), F (t) - в общем случае являются векторами, элементы которых определяют соответствующие функции времени.

Управляющее устройство реализует следующие функции:

а) сбор информации;

б) переработку информации;

в) передачу информации;

г) выработку команд управления.

Двигатель

Редуктор

Рулевая

машинка

Летательный

аппарат

Усилитель

Преобразователь

энергии

Устройство обработки и

преобразования

Датчик

угла

угол тангажа ЛА

Заданный угол тангажа (сигнал)

Рис.1.2 Функциональная схема системы управления углом тангажа самолета. Не показаны блоки электропитания.

В зависимости от предметной области функциональная схема управления наполняется конкретным содержанием,рис.1.2.

Датчик угла системы управления углом тангажа самолета преобразует угол тангажа в электрический сигнал цепи обратной связи, поступающий на устройство обработки и преобразования информации – микроконтроллер (АЦП, программа обработки, ЦАП). Далее по цепи прямой связи включены необходимые функциональные устройства: исполнительное устройство - электрический привод рулевой машинки (регулируемый преобразователь электрической энергии, электрический двигатель и редуктор).

Обратите внимание на рулевую машинку летательного аппарата. Она выполняет функцию регулирующего органа, непосредственно изменяющего угол тангажа.