Принципы управления (разомкнутое, по отклонению, по возмущению и т.п.)

1. Рефераты оформляются в редакторе Microsoft Word;
2. В скобках у некоторых тем указано пояснение по содержимому;
3. Реферат содержит: титульный лист + основную часть + список литературы;
4. Объем основной части реферата не менее 7 и не более 20 страниц; реферат содержит информацию по существу, формулы набраны в редакторе формул, рисунки нарисованы в редакторе visio;

 

Тема реферата: Принципы управления (разомкнутое, по отклонению, по возмущению и т.п.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В

Г. ТАГАНРОГЕ

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

«Принципы управления»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила

Студентка

группы А-29:

СыромятниковаТ.А.

Проверил:

Соловьев  В.В.

 

Таганрог 2012

Содержание.

• Введение: предисловие к теории управления
• Основные понятия управления
• Принципы управления

 

 

Введение.

 

Теория  управления – это наука, разрабатывающая  и изучающая методы и средства систем управления и закономерности протекающих в них процессах. Предметом теории управления являются не только процессы материального производства, но и сферы деятельности человека: организационно-административное управление,  проектирование и конструирование, информационное обслуживание, здравоохранение, научные исследования, образование, и многие другие. Теория управления как научное направление сложилась в ХХ веке на базе теории автоматического регулирования, которая начала интенсивно развиваться в 19 веке в связи с потребностью в регуляторах, поддерживающих устойчивый режим работы внедрявшихся паровых машин в промышленности и на транспорте.

Современная теория управления занимает одно из ведущих  мест в технических науках и в  то же время относится к одной  из отраслей прикладной математики, тесно  связанной с вычислительной техникой. Теория управления на базе математических моделей позволяет изучать динамические процессы в автоматических системах, устанавливать структуру и параметры составных частей системы для придания реальному процессу управления желаемых свойств и заданного качества. Она является фундаментом для специальных дисциплин, решающих проблемы автоматизации управления и контроля технологических процессов, проектирования следящих систем и регуляторов, автоматического мониторинга производства и окружающей среды, создания автоматов и робототехнических систем.

Основными задачами теории управления являются задачи анализа динамических свойств  автоматических систем на модельном  или физическом уровне, и задачи синтеза алгоритма управления, функциональной структуры автоматической системы, реализующей этот алгоритм, ее параметров и характеристик, удовлетворяющих требованиям качества и точности, а также задачи автоматического проектирования систем управления, создания и испытания автоматических систем.

 

 

 

 

 

Основные понятия управления

 

Управление - это такая организация того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенных целей. Это целенаправленное воздействие на управляемый объект (процесс), приводящее к заданному изменению его состояния или удержанию в заданном состоянии. Управление должно обеспечивать целевое протекание технологических процессов преобразования энергии, вещества и информации, поддержание оптимальной работоспособности и безаварийности функционирования объекта путем сбора и обработки информации о состоянии объекта и внешней среды, выработки решений о воздействии на объект и их исполнении. Процесс управления подразумевает наличие умения и способности создавать целенаправленное воздействие на объект. Более частным случаем понятия

«управление»  является понятие «регулирование». Регулирование

состоит в достижении такой деятельности системы, при которой

выравниваются все отклонения на выходе системы  от заданного

значения  этого состояния, т. е. от нормы. Обеспечение  только

требуемых значений параметров, определяющих желаемый ход

производственного или технологического процесса в  том или ином

объекте без участия человека, осуществляется системой (устройством) автоматического регулирования.

Система управления – это множество взаимосвязанных  элементов, участвующих в процессе управления.

Алгоритм  управления, это инструкция о том, как добиваться поставленных задач (целей) управления в различных ситуациях.

 

 

 

 

 

Принципы управления.

 

      Объект управления подвержен  воздействию различных внешних  возмущений, вследствие чего управляемая  величина отклоняется от заданного  значения. Задачей устройства управления  является обеспечение соответствия  управляемой величины заданному  значению путем передачи на  ОУ необходимого управляющего  воздействия.

       Выделяют три фундаментальных принципа создания систем управления: разомкнутое управление, компенсирующее управление и управление с обратной связью (замкнутое управление).

      Существуют САУ, управляющие только по заданному воздействию g (x), представляющему в этом случае команды программы. Такое управление  называют жестким, так как при этом не учитываются действительные значения управляемой величины у (t} и возмущающего воздействия / (t) (параметры САУ и значения / (f) считаются постоянными). При разомкнутом управлении программа управления жестко задана в управляющем устройстве и влияние возмущений на параметры процессов не учитывается. Примерами таких систем являются часы, магнитофон, компьютер, и т.п. Разомкнутое регулирование применяется при наличии двух условий:

- достаточной  информации о свойствах объекта  и их постоянстве в процессе  работы;

- незначительном  уровне помех или их полном отсутствии.

 

 

       В простых разомкнутых системах (рис. 1) управляющее воздействие u(t) формируется управляющим устройством         как функция задающего или возмущающего воздействия. Если известна модель объекта у = G(u, x) в алгебраической или дифференциальной форме и известна необходимая реакция у(t), то решается обратная задача u(t) = Y(у(t), x(t)) и определяется управление, которое необходимо для реализации реакции объекта 2. Найденный закон управления u(t) реализуется регулятором 1. Однако такое управление можно реализовать в том случае, если x(t) = const.

 

          Рис.1

 

Для уменьшения или устранения отклонения управляемой величины от требуемого значения, вызываемого влиянием того или иного фактора, необходимо, чтобы управляющее воздействие было определенной функцией этого фактора и характеристик объекта. На рис 2 представлена структура, реализующая принцип управления по возмущению, которая применяется при x(t) = var, но величина x(t) поддается измерению и ее значение может подаваться на вход управляющего устройства, обеспечивая соответствующую реакцию воздействия u(t) на изменения значения x(t).

 

   Рис.2

 

Принцип управления по возмущению состоит в  том, что для уменьшения или устранения отклонения s_y(t) управляемой величины от требуемого значения, вызываемого возмущающим воздействием x(t), измеряется это воздействие и в результате его преобразования вырабатывается управляющее воздействие u(t), которое, будучи приложено к входу объекта управления 2, вызывает компенсирующее отклонение управляемой величины противоположного знака по сравнению с отклонением s_y(t).

Основной  недостаток разомкнутых систем - практическая невозможность иметь идеально точную модель системы у = G(u, x) с учетом всех действующих возмущений, равно как и измерять все регулярные и нерегулярные возмущения. Разомкнутые системы обычно не применяются для управления неустойчивыми объектами и объектами с изменяющимися параметрами.

Если  воздействие возмущающих факторов может искажать выходную величину системы  до недопустимых пределов, то применяют  принцип компенсации с использованием корректирующего устройства. Для задания параметров коррекции должно проводиться изучение соответствующего возмущающего фактора или создаваться его математическая модель. Примеры систем компенсации: биметаллический маятник в часах, компенсационная обмотка машины постоянного тока и т.п. Принцип компенсации обеспечивает быструю реакции на возмущения и более высокую эффективность управления, но, как правило, используется для компенсации только определенных дестабилизирующих факторов и не может защитить от всех возможных возмущений.

Принцип управления по отклонению(принцип обратной связи).

 
Этот  принцип является одним из наиболее ранних и широко распространённых принципов  управления. В соответствии с ним  воздействие на регулирующий орган  объекта вырабатывается как функция  отклонения регулируемой величины от предписанного значения. 

 

 

Этот  принцип получил наибольшее распространение в технике управление с обратной связью, при котором управляющее воздействие корректируется в зависимости от выходной величины y(t). Если значение y(t) отклоняется от требуемого, то происходит корректировка сигнала u(t) с целью уменьшения данного отклонения. Для выполнения данной операции выход ОУ соединяется с входом устройства управления главной обратной связью (ОС). Это самый дорогой вид управления, при этом канал обратной связи является наиболее уязвимым местом системы. При нарушении его работы система может стать неустойчивой или полностью неработоспособной.

Обратную  связь можно обнаружить во многих процессах в природе. Примерами  могут служить вестибулярный  аппарат, обнаруживающий отклонения тела от вертикали и обеспечивающий поддержание  равновесия, системы регуляции температуры  тела, ритма дыхания и т.п. В  общественных учреждениях обратная связь при управлении устанавливается  посредством осуществления контроля исполнения. Принцип обратной связи  является весьма универсальным фундаментальным  принципом управления, действующим  в технике, природе и обществе.

Структура замкнутых систем управления представлена на рис. 3

 

 

Рис.3

. Управляющее воздействие u(t) формируется как функция рассогласования e(t) = g(t) - y(t) текущего значения управляемой переменной от требуемого задающего воздействия. Эта фундаментальная идея лежит в основе принципа управления по отклонению, который реализуется замкнутыми системами. Принцип управления по отклонению универсален, т. к. позволяет достигать цели управления независимо от причин рассогласования - изменения внутренних свойств объекта и внешних воздействий.

Замкнутые системы позволяют решать все  задачи управления: стабилизации, слежения и программного управления. Неустойчивые объекты могут быть управляемы только системами с замкнутыми структурами. Обобщением рассмотренных принципов управления является принцип комбинированного управления (рис. 4), который позволяет в замкнутой системе использовать и принцип управления по возмущению.

 

Рис.4

 

Принцип регулирования паровой машины по моменту сопротивления на её валу был предложен в 1930 г. французским  инженером И.Понселе, однако реализовать это предложение на практике не удалось, поскольку динамические свойства паровой машины (наличие астатизма) не допускали непосредственного использования принципа компенсации. Но в ряде других технических устройств принцип компенсации использовался давно. Примечательно, что его использование в статике не вызывало сомнений, попытка же Г.В.Щипанова в 1940 г. Предложить принцип инвариантности по возмущению для ликвидации отклонений в динамике вызывала резкую дискуссию и обвинения в нереализуемости предложения. В.С.Кулебакин в 1948г. и Б.Н.Петров в 1955 г. показали, как следует строить системы, чтобы можно было реализовать в них принцип инвариантности. В 1966 г. предложенный Г.В.Щипановым принцип инвариантности был зарегистрирован как открытие с приоритетом - апрель 1939 г. Тем самым была исправлена ошибка его оппонентов, состоявшая в том, что отрицалась реализуемость принципа инвариантности вообще. 

 

Системы, способные изменять закон управления с целью осуществления наилучшего в некотором смысле качества управления независимо от внешних воздействий (рис.5), используют принцип адаптации. Показатель качества обрабатывается устройством адаптации 3 для изменения структуры управляющего устройства или его параметров.

 

Рис.5

 

Отметим, что при введении обратной связи система управления становится инерционной. Поэтому часто применяют комбинацию обратной связи с принципом компенсации, что позволяет объединить достоинства обоих принципов: быстроту реакции на возмущение при компенсации и точность регулирования независимо от природы возмущений от обратной связи.

Системы регулирования по возмущению в сравнении  с системами, действующими по отклонению, отличаются обычно большими устойчивостью  и быстродействием. К их недостаткам  относятся трудность измерения  нагрузки в большинстве систем, неполный учёт возмущений (компенсируются только те возмущения, которые измеряются). Так, при компаундировании электрической машина не компенсируются колебания напряжения сетей, питающих гонный двигатель и обмотки возбуждения, колебания сопротивлений обмоток от изменения температуры и др. Во многих случаях весьма эффективно применение комбинированного регулирования по возмущению и отклонению, широко используемое для регулирования напряжения мощных синхронных генераторов на крупных электростанциях (компаундирование с коррекцией). Комбинированные регуляторы объединяют достоинства двух принципов, но, естественно, конструкция их сложнее, а стоимость выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. Ю.М. Соломенцева Теория автоматического управления.
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Теория_автоматического_управления 
3. http://coolreferat.com/разомкнутые_и_замкнутые_цифровые_СУ._Цифровой_компьютер  
4. П.Д. Гаврилов., Л.Я. Гимельштейн, А.Е. Медведев. Автоматизация производственных процессов.