Структурная схема и процессы в системе отрицательной обратной связи показаны на рис.3.6
а)
б)
в)
Рис.3.6. Структурная схема системы с отрицательной обратной связью и интегратором в прямой цепи - а. Апериодические процессы: при начальном условии – б; при входном воздействии - в
При наличии начального условия система с отрицательной обратной связью приходит к нулевому состоянию, а при задании входного воздействия «отрабатывает» его величину.
Структурная схема и процессы в системе с положительной обратной связью показаны на рис.3.7
а)
б)
в)
Рис.3.7.Структурная схема системы с положительной обратной связью – а. Апериодический процесс при начальном условии – б. Автоколебания при колебательной неустойчивости системы и наличии ограничений – в
В системах с положительной обратной связью при задании начального условия выходной сигнал нарастает. В этих системах могут возникать устойчивые колебательные процессы – автоколебания.
Сфера применения систем с отрицательной обратной связью – построение систем стабилизации и регулирования различных величин.
Сфера применения систем с положительной обратной связью – это создание различного рода генераторов автоколебаний. К их числу относятся часы, генераторы электромагнитных колебаний и т. п.
В экономике наличие положительной обратной связи обеспечивает расширенное воспроизводство, экономический рост.
Эта связь реализуется через механизм распределение национального дохода. При положительной обратной связи инвестиции в производство на последующих этапах выше, чем на предыдущих.
Следует отметить, что возможность потери устойчивости существует и для систем с отрицательной обратной связью в случае наличия динамических звеньев, создающих в контуре управления большие запаздывания.
3.3. Классификация систем управления и виды задач управления Классификация систем управления
Системы управления могут быть классифицированы следующим образом.
По степени автоматизации:
системы ручного управления;
автоматизированные;
автоматические.
В зависимости от характера приспособления к изменяющимся внешним условиям:
без приспособления;
адаптивные, т.е. с изменением параметров системы;
самоорганизующаяся, т.е. с изменением структуры системы.
По степени централизации управления в иерархических системах:
централизованные;
децентрализованные;
комбинированные.
По характеру соответствующего экономического прогресса:
роста (с доминированием положительной обратной связью);
спада (с доминированием отрицательной обратной связью);
стагнации (с отсутствием обратной связи).
Виды задач управления
Среди видов задач, решаемых системами управления, можно указать следующее:
оптимальное управление;
максимальное быстродействие;
терминальное управление;
ситуационное управление;
адаптивное управление;
управление с помощью следящих систем;
стабилизация;
регулирование;
гомеостазис.
Оптимальное управление есть наилучшее в некотором смысле (по некоторому критерию) управление. Оптимальным в экономике должно быть, в частности, управление экономическим ростом. Наилучшим в этом плане считается управление, которое обеспечивает сочетание высоких темпов развития экономики и достаточно высоких доходов граждан. Именно такой подход характерен для экономики развитых стран. Если же все средства направлять на потребление, или, наоборот, на развитие, то такое управление нельзя считать рациональным.
В ряде случаев системы управления должны обеспечивать максимальное быстродействие, то есть осуществлять определённую операцию за минимально допустимое время. Близкий к этому подход используется, например, в системах управления скоростными лифтами высотных зданий. Вначале лифт движется с максимально допустимой скоростью и в конце пути медленно и точно подходит к требуемому уровню.
Терминальное управление - это управление конечным состоянием объекта. Такое управление используется, в частности, в системах наведения ракет, которые должны обеспечить минимальное расстояние между целью и ракетой в конечный момент наведения. Другими примерами являются системы управления космическими кораблями, которые доставляют в определённую точку экипаж и грузы, например, на международную космическую станцию.
Ситуационное управление заключается в том, что управляющее воздействие формируется в зависимости от складывающейся ситуации. Примером может быть управление потоком автомобилей с помощью милиционера. Ситуация горит "красный" - действие "стой", "жёлтый" - "приготовиться", "зелёный" - "можно ехать"
Адаптивное управление состоит в изменении внутренних характеристик системы при изменении внешних условий. Примером является изменение величины зрачка глаза в зависимости от изменения интенсивности света.
Следящие системы должны воспроизводить с максимальной точностью входной сигнал. Следящие системы широко используются в технике для преобразования слабых управляющих сигналов в механическое перемещение рулей кораблей, самолётов, ракет, в поворот колёс автомобилей, изменение положения шлюзовых затворов плотин и т.п.
Система стабилизации призвана за счёт обратных связей ослабить влияние возмущений на объект управления. Входной сигнал в такой системе равен нулю. Примером может быть система стабилизации автомобиля при помощи рессор и стабилизации в полёте положения самолёта, ракет.
Система регулирования призваны поддерживать неизменными некоторые характеристики системы. Например, частота в энергосистемах должна поддерживаться с высокой точностью на уровне 50 Гц. Поэтому в энергосистемах действует система регулирования частоты и активной мощности.