Под управлением понимается совокупность операций по организации не-

которого процесса для достижения определенных целей.

Рассмотрим пример процесса производства пищевого продукта.

Целью управления является получение продукта стандартного качества.

Объектом управления (ОУ) является процесс производства продукта. Возму-

щающие воздействия f : температура, давление, влажность окружающей сре-

ды и другие (в данном случае качество сырья, затрачиваемая энергия (топли-

во) и другие), которые приводят к отклонению у от заданного у_зад, т.е. у =

у – у_зад. Для ослабления влияния возмущений и ликвидации отклонения испо-

льзуется управляющий орган (УО), обычно конструктивно входящий в объ-

ект; исполнительный механизм (ИМ) – клапан или задвижка, осуществляю-

щий дозирование вещества или энергии, необходимой для установления рав-

новесного состояния, т.е. у=у_зад; управляющее устройство (УУ) – регулятор

(контроллер); измерительный (ИЭ) – первичный преобразователь (датчик).

Структура системы управления процессом приведена на рис.2.1.

f

yзад

e u  y

Рис.2.1. Структура система управления с обратной связью

Обозначения основных переменных системы управления: у – управляемая

переменная (выход объекта);  - управляющее воздействие (энергетическое);

u – управляющее воздействие (информационное); е – отклонение управляе-

мой переменной от заданного значения у_зад или ошибка системы; f – возму-

щающие воздействия среды.

Операции автоматического управления реализуются в следующих основ-

ных функциональных элементах: объекте управления, измерительных элеме-

нтах, управляющем устройстве и исполнительном механизме.

Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов образу-

ют систему управления, если она способна к достижению цели.

Системы управления представляют собой класс динамических систем, от-

личающихся наличием цели и специальной организации, позволяющий дос-

тичь эту цель. Подобные системы функционируют в живой и неживой приро-

де, в самых различных областях экономики, технике, природе. Однако, не за-

висимо от области функционирования, их объединяет в особый класс ряд си-

стемных свойств и признаков.

2.1. Объекты управления.

Объект управления (ОУ) реализует процесс для того, чтобы организовать

достижение поставленных целей.

В теории управления объект следует рассматривать как преобразователь пе-

ременных входа u(t) и f(t) в переменную выхода у(t), см. рис. 2.2.

f

Рис.2.2. Абстрактный

u y объект управления

Цель управления определяет ограничения на переменную выхода у(t). Не-

контролируемые воздействия среды f(t), называются возмущениями, которые

вызывают нежелательные отклонения выхода объекта. Для уменьшения этих

отклонений на объект оказывают необходимые управляющие воздействия u(t). Если переменные входа и выхода объекта являются векторами, то его

называют многомерным.

Теория управления изучает общие закономерности, характерные системам

управления независимо от их природы. Объекты управления могут быть тех-

ническими, экономическими, биологическими и другие.

Технические объекты.

Примерами технических объектов являются движущиеся объекты (автомо-

били, транспортеры, движущая среда), объекты энергетики (печи, теплообме-

нники, парогенераторы, двигатели другие преобразователи энергии), объекты

пищевой промышленности (аппараты, емкости, реакторы, автоклавы, ректи-

фикационные колонны, мешалки и другие аппараты), объекты бытовой тех-

ники (холодильники, кондиционеры, утюги, устройства электроники и т.д.).

Управляющими переменными для технических объектов являются физико-

химические переменные, определяющие их состояние или поведение (меха-

нические координаты, температура, давление, концентрация компонентов в

смеси, электрическое напряжение и т.д..

Экономические объекты.

Экономическими объектами являются: цех, завод, отрасль, предприятия торговли и сферы услуг; банки, страховые компании и т.п. Общим для них

является то, что в качестве одной из обобщенных управляющих переменных

рассматривается прибыль.

Разнообразие по характеру своей деятельности предприятия (фирмы) про-

изводственной и непроизводственной сфер, представляют собой сложные

объекты, экономическая эффективность функционирования которых значи-

тельно зависит от качества организационного управления. Сюда можно от-

нести определение ассортимента выпускаемой продукции, разработка долго-

срочных программ расширения производства, проектирование сети складс-

ких помещений в системе оптовой торговли и т.д.

Управление экономическими объектами является задачей более сложной,

чем управление техническими объектами. Одной из причин является то, что

в современной экономике производственно-технические, конъюктурно-

коммерческие и прочие факторы находятся в сложной взаимной зависимос-

ти, а внешние экономические факторы содержат элементы неопределеннос-

ти. Принятие управленческих решений, которые были бы реальными и эко-

номически выгодными является достаточно сложной задачей.

Биологические системы.

Живые системы – от простейших клеток до сложных организмов – поддер-

живает свою жизнедеятельность благодаря действию в них механизма управ-

ления. Процессы управления в живом организме регулируют ритм сердца и

дыхания, температуру тела и т.д.. В живой природе механизмы управления настолько органично встроены в объекты, что не всегда можно выделить та-

кие функциональные элементы, характерные техническим системам, как объ-

ект управления, измерительные элементы. Однако и здесь методы теории уп-

равления помогают исследователю глубже понять процессы, протекающие в

живом организме.

Поведение объектов и систем управления.

В теории управления, в первую очередь, интересуются поведением или ди-

намическими свойствами элементов и систем – изменением во времени сос-

тояния объекта и других существенных переменных, т.е. процессами управ-

ления.

Пример. Рассмотрим тепловой объект (эл. печь, теплообменник и т.п.). Пусть

в момент времени, принятый за начальный, на объект действует возмущения

в виде кратковременного отклонения напряжения, рис.2.3,а.

f y

а) б)

0 t₁ t 0 t₁ t

Рис.2.3. Поведение теплового объекта

Температура объекта начинает понижаться (рис.2.3,б). После исчезновения возмущения – повторного включения напряжения – температура постепенно

повышается и стремится к прежнему значению.

Это пример устойчивого объекта, состояние которого возвращается к исход-

ному после снятия возмущения, т.е. объект обладает самовыравниванием.

Кроме устойчивости важным свойством, характеризующим системы управ-

ления является инвариантность – независимость (слабая зависимость) управ-

ляемой переменной от действующих возмущений.

Многие объекты имеют устойчивый режим функционирования, однако дей-

ствие возмущений вызывает недопустимые отклонения управляемых переме-

нных. Для этого создаются системы управления, основной целью которых является компенсация действия этих возмущений или их ослабление, т.е. сис-

темы с обратной связью.

Поведение системы будет иным, если изменятся свойства ее элементов. Од-

нако изменения свойств объекта или других элементов системы не должны приводить к существенным изменениям характера процессов, т.е. ни в коем

случае – к потере устойчивости. Система должна быть грубой и малочувстви-

тельной, т.е. робастной.