ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 124
Скачиваний: 0
Важнейшую разновидность задач управления составляют з а д а ч и опт имиз а ции . При управлении, например, рядом производственных процессов не представляется возможным вос пользоваться заранее заданным постоянным либо меняющимся состоянием управляемой системы. Это связано с тем, что ин формация о желаемом состоянии не может быть ни введена в систему заранее, ни получена в процессе ее работы посредст вом отображения состояния других систем, которым должна соответствовать управляемая система. Задачи такого характера состоят в том, что, исходя из складывающегося состояния си стемы, необходимо выработать такие управляющие воздействия, которые позволяли бы перевести систему из состояния, в кото ром она находится, в наиболее эффективное, оптимальное со стояние при тех же либо целесообразно измененных условиях. К этим задачам относится множество задач по оптимизации ис пользования ресурсов производства, технологического процесса, загрузки оборудования, использования энергетических, транс портных средств и т. п.
Исходя из рассмотренных задач управления, системы управ ления подразделяются на пассивные и активные. П а с с и в н ы е с ис т е мы не реагируют на изменения внешней среды. Напри мер, система дорожного покрытия защищает дорогу от воздей ствия внешних условий как в ненастье, так и в прекрасную по году, хотя в последнюю молено было бы обойтись и без дорогого дорожного покрытия.
В а к т и в н ых с и с т е ма х управления функционируют и активно противодействующие возмущениям воздействия. Так, растения могут управлять величиной испарения посредством открывания и закрывания устьиц, агротехнические приемы возделывания культур применяются в зависимости от погодных условий, устойчивая эффективность производства обеспечи вается посредством повышения производительности труда и сни жения себестоимости продукции.
В управлении системами могут использоваться как пассив ные, так и активные способы воздействия на объект управления. В качестве примера таких комбинированных систем управления можно рассматривать животноводческие помещения, оборудо ванные системами регулирования температуры и влажности. Само производственное здание, защищающее животных от воз действия внешней среды без реагирования на ее изменение, в такой системе может рассматриваться как пассивное регули рование. Система же регулирования температуры в помещении посредством источника тепла и системы вентилирования является активной системой регулирования.
Разомкнутые и замкнутые системы. Свойства систем управ ления в значительной мере зависят от используемой ими в про цессе управления информации. Имеется ряд систем управления, в которых информация Z, получаемая объектом управления, не
161
содержит сведений о состоянии объекта управления, т. е. мно жества показателей X. При этом информация вида Z может содержать программу последовательной реализации управляю щих воздействий U(t) или сведения о возмущающих воздейст виях М (t). В последнем случае для получения сигнала управле ния U в органе управления УО должна содержаться инфор
мация о том, каково должно быть значение Y для каждого значения М, чтобы достигалась цель управления. Алгоритм уп равления в таких систе мах состоит в преобразо вании U—AM. Оператор А такого преобразования заложен в управляющее устройство заранее на ос новании данных о целях и свойствах управляемого объекта. Так, если для отопительной системы, обогревающей парники
овощной фабрики, основным возмущающим воздействием яв ляется температура наружного воздуха tM и задача управления состоит в том, чтобы поддерживать температуру в парниках tx близкой к необходимой для нормальной вегетации овощей to, определение регулирующих воздействий может достигаться
РИС. 29.
Схема разомкнутой системы управления
с требуемой точностью установлением изменения температуры воды tv, которая должна быть подана в отопительную сеть. Такая управляющая информация может быть получена на ос нове использования графика, приведенного на рис. 28.
Характерным для рассмотренной системы является то, что при выработке управляющего воздействия Uy не использовались данные о температуре в теплицах, т. е. о состоянии выхода управляемого объекта — системы отопления. Системы, в /сото-
162
рых для формирования управляющих воздействий не исполь зуется информация о значении управляемых величин, принимае мых ими в процессе управления, называются разомкнутыми си стемами управления. Структура такой системы управления по казана на рис. 29.
Алгоритм управления (U=AM), реализуемый органом управления, основан на идее компенсации возмущений: для каждого возмущения М с помощью преобразования (U=AM) подбирается такое значение Uy, на основании которого форми руется такая величина у, которая компенсирует возмущающее влияние М на управляемую величину X. При этом управляю щее воздействие ± у должно подбираться так, чтобы сумма отклонений управляемых величин, вызываемых возмущениями Ах(М), и сумма отклонений управляемых величин, вызываемых управляющими воздействиями Аx(Y), стремилась к нулю. Это условие управления выразим так: Дх(М)—Ax(Y)— Я).
Из этого условия видно, что для выбора управляющего воз действия в конечном итоге необходимо располагать сведениями о влиянии возмущений на изменение управляемых величин, а не сведениями о самих возмущениях. Следовательно, управ ление (выбор управляющих воздействий) можно осуществить, минуя непосредственно измерение возмущений и контролируя лишь отклонения управляемой величины, вызываемые этими возмущениями. При этом сведения об отклонениях управляемой величины X от ее заданного значения Х0 можно рассматривать как некоторый косвенный метод получения информации о воз мущающих воздействиях либо изменениях входных величин. Поэтому управляющие воздействия можно формировать на ос новании отклонений управляемых величин. Можно построить управление отопительной системой овощной фабрики так, чтобы температуру воды в системе отопления уменьшать либо увели чивать в соответствии с изменением температуры в теплицах X. В алгоритм управления в таком случае будет входить информа ция о значении управляемой величины, а управляющий орган будет осуществлять преобразование вида U=A(X, Х0), где А — оператор, сопоставляющий каждой комбинации управляе мых величин на выходе А и их заданному значению Х0 опреде
ленное значение U.
Системы, в которых для формирования управляющих воз действий используется информация о состоянии управляемых величин, называются замкнутыми системами управления.
Название замкнутой система такой структуры получила вслед ствие наличия замкнутого контура в цепи передачи воздейст вия (см. рис. 27), т. е. начав с любой точки контура управле ния и двигаясь по нему в направлении передачи воздействий, мы придем в исходную точку, например по цепи y->Y-+X-+ -^-Z-^-U^-y. Применяя к рассматриваемому графическому изо бражению системы управления терминологию теории графов,
163
элементы системы управления можно называть вершинами графа; две упорядоченные (направленные) вершины образуют дугу графа; две вершины, определяющие дугу, называются смежными, а две дуги называются смежными, если они имеют общую вершину. Последовательность дуг, при которой конец одной является началом другой, называется путем. Если началь ная и конечная точки совпадают, образуется контур. Таким образом, последовательность элементов у-*-.. ,-*-у образует кон тур управления, который в данном случае является замкнутым. В рассматриваемой нами системе управления объект управле ния является преобразователем входных компонент Y в выход ные X. Поэтому правомерно рассматривать, что каждой компо-
РИС. 30.
Схема комбинированной системы управления
ненте Yj (либо определенной совокупности их) на выходе будет соответствовать компонента Xi (либо определенная совокупность их). Преобразования вида Y=X называются э к в и в а л е н т ными. Таким образом, между входом любого элемента системы и его выходом существует более или менее выраженная зависи мость, связь. Отметим, что существующие в природе связи носят в достаточной мере перманентный, устойчивый характер. В про тивоположном случае нельзя было бы установить никаких зако номерностей в развитии природы и человеческого общества.
Преимущество замкнутых систем управления состоит в том,
что в них можно обеспечить достижение |
цели |
управления |
в условиях, когда возмущающих воздействий |
много |
и все они |
не могут быть измерены, а также в случаях, |
когда |
неизвестно |
заранее влияние возмущений на управляемые величины. Преимущество разомкнутых систем управления состоит в том, что управляющие воздействия изменяются в соответствии с из менением возмущающих воздействий сразу, еще до того, как возмущения успеют существенно изменить значение управляе мой величины.
Совмещение преимуществ разомкнутых и замкнутых си
стем управления достигается |
в- к о м б и н и р о в а н н ы х |
си |
стемах управления, структура |
которых показана на рис. |
30. |
164
В таких системах в формировании сигналов управления исполь зуется как информация об основных возмущающих воздейст виях, так и информация о значении управляемых величин. Алгоритм реализации такого управляющего воздействия со стоит в осуществлении преобразования U= А(М, АДо). Такой способ может осуществляться в управлении системой обогрева теплиц, например, при наступлении похолодания, когда ис пользуется способ разомкнутого регулирования температуры: устанавливается температура воды Уг в системе отопления в соответствии с графиком, указанным на рис. 28, а затем, наблюдая за отклонением температуры Xt в теплицах от за
данной Хо, изменяют У, |
|
|||
так, чтобы свести откло |
|
|||
нение |
Xt—Хо |
к |
мини- |
а) |
муму. |
|
|
|
|
При такой комбиниро |
|
|||
ванной системе управле |
|
|||
ния быстрая, |
но прибли |
|
||
женная компенсация воз |
|
|||
мущения достигается за |
|
|||
счет |
первой |
составляю |
|
|
щей |
управляющего |
воз |
|
действия, зависящей от |
РИС. 31. |
контролируемого возму |
|
щения. Точное, но посте |
Схема прямой и обратной связи |
пенное управление выпол |
|
няет вторая составляющая управляющего воздействия, зави сящая от отклонения управляющей величины и сводящая это отклонение к допустимому, какова бы ни была причина его появления-
Обратная связь — важнейшее понятие кибернетики. Как уже говорилось, в кибернетике различают два вида-связи: прямую и обратную. Прямая связь — вид соединения элементов си стемы управления, при котором выходное воздействие одного элемента передается на вход какого-либо другого элемента.
Если все связи в системе являются прямыми, то в такой си стеме ни в одном из ее элементов выход не связан с входом и поступающий на вход системы сигнал не связан с сигналом, получаемым на ее выходе. В случае прямой связи информация,
поступающая |
в управляющий орган, не содержит сведений |
о состоянии |
регулируемых переменных на выходе системы |
(рис. 31, а). Например, если в качестве элемента производст венной системы рассматривать основные средства общепроиз водственного использования (производственные здания, легко вой и автобусный транспорт и т. п., которые представлены i-ми средствами производства), то в соответствии с их стоимостью по видам У* элементом системы управления, преобразующим стоимость в амортизационные отчисления (А±), будет исчислена
165
величина амортизационных отчислений S и включена в за траты производства (элемент П2) по соответствующим коэф фициентам, изменяющимся по видам средств независимо от объема произведенной продукции X. В этом случае величина затрат 5, которые подаются на вход элемента системы П2, не зависит от их выхода X, а определяется только стоимостью основных средств производства общехозяйственного использо вания У и нормами амортизации А. Связь между выходным воздействием элемента Aj и входом элемента П2 и называется прямой связью.
На рис. 31, б к элементу ВЦ поступают ресурсы производ ства У, которые элементом П1 преобразуются в продукт про изводства X. Как было нами рассмотрено ранее, процесс про изводства состоит в превращении ресурсов производства в продукт посредством осуществления определенного техноло гического процесса, в результате которого труд объединяет средства и предметы труда и придает последним полезные свойства. Поэтому очевидно, что величина продукта X опре деленным образом связана с величиной ресурсов Y:X =f(Y). Как следует из вышеприведенного выражения, выходная ве личина X связана с входной величиной У, т. е. выход элемента Пл связан с его входом. Связь между входом У и выходом X того же самого элемента называется обратной связью. Она на зывается обратной потому, что передача воздействий в этом случае направлена в сторону, противоположную передаче воздействий в самом элементе.
Таким образом, обратная связь — это такой вид соедине ния элементов управляемой системы, при котором связь между выходом какого-либо элемента системы и входом того же са мого элемента системы осуществляется либо непосредственно, либо через другие элементы системы, например, через УС — управляющую систему.
Принцип обратной связи универсален. Он лежит в основе функционирования автоматически регулируемых систем в при роде, в технике, экономике и системах другого вида. Обратная
связь бывает внешняя и внутренняя. Вн е шн е й |
или г л а в |
|||||
ной |
называется |
такая |
связь, |
посредством которой |
осуществ |
|
ляется передача |
части |
выходного сигнала (величины) |
всей си |
|||
стемы |
управления на ее вход. |
Внут ре нние , |
или |
местные, |
обратные связи соединяют выход отдельных элементов или групп последовательно соединенных элементов с их входом. Из рассмотренных примеров видно, что в разомкнутых систе мах управления используются только прямые связи, в замкну тых— также и обратная связь.
Различают |
положительную |
и |
отрицательную обратные |
||
связи. П о л о ж и т е л ь н а я |
обратная связь усиливает дейст |
||||
вие входного |
сигнала, т. |
е. |
имеет |
одинаковый с ним знак, |
|
о т р и ц а т е л ь н а я ослабляет, |
т. |
е. |
имеет знак противополож |
166